Analýza g-tensoru v komplexech přechodných prvků pomocí poruchové teorie

Bc. Petra Pikulová

Bachelor's thesis

Analysis of g-tensor in transition-metal complexes using perturbation theory

Abstract:

Tato bakalářská práce je zaměřena na využití poruchové teorie třetího řádu, která byla nedávno implementována v programu ReSpect, k analýze lineárních i kvadratických příspěvků k elektronovému g-tensoru v komplexech 5d přechodných prvků. Rovnice pro kvadratickou korekci k Zeemanově interakci elektronového spinu byla pro analýzu zjednodušena za předpokladu dubletního základního stavu a důležitosti magnetických interakcí SOMO a SUMO. Interpretace byla otestována na třech jednoduchých oktaedrických komplexech Os(VII) a Ir(IV) a její omezená použitelnost byla demonstrována na příkladu čtvercově planárního komplexu Pt(III) s velkou anisotropií g-tensoru. PT3 analýza pak byla použita k interpretaci trendu rostoucí anisotropie g-tensoru v sérii čtyř čtvercově planárních komplexů Ir(II), které se liší terminálním ligandem. Tento trend byl vztažen k síle vazby kov-ligand. Ve všech případech byly trendy poskytnuté PT3 výpočty porovnávány s čtyřkomponentními plně relativistickými výpočty a koeficienty z PT3 byly porovnávány s koeficienty, které poskytuje škálování spin-orbitální interakce ve čtyřkomponentním výpočtu.

Abstract:

In this work, third-order perturbation theory newly implemented in the ReSpect program has been used to analyse both the linear and quadratic effects on electronic g-tensors in terms of molecular orbitals. The equations for the quadratic spin-Zeeman contribution were simplified assuming a doublet (S=1/2) ground state and magnetic couplings arising from the SOMO and SUMO. The interpretation was tested on three approximately octahedral complexes of Os(VII) and Ir(IV) and its limitations were demonstrated on a square-planar Pt(III) complex with large g-tensor anisotropy. Finally, the PT3 analysis was applied to a set of four square-planar Ir(II) pincer complexes differing in terminal ligand in order to understand the trend of increasing g-tensor anisotropy, which was related to the strength of the metal-ligand bond. In all cases, the trends given by PT3 calculations were compared against four-component results and the PT3 coefficients against coefficients obtained from scaling of spin-orbit integrals in the four-component calculation.

Keywords

EPR, g-tensor, DFT, relativistická kvantová chemie, poruchová teorie, komplexy přechodných prvků, molekulové orbitaly, spin-orbitální interakce, relativistic quantum chemistry, perturbation theory, transition metal complexes, molecular orbitals, spin-orbit coupling

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 6. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 14. 7. 2021
• Supervisor: Mgr. Jan Novotný, Ph.D.
• Reader: doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Chemistry / Chemistry