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Studierende laufen über den Campus Nord. Es ist eine große rote Skulptur in Form von großen Zahnrädern zu erkennen. © Roland Baege​/​TU Dortmund

Eisenbasiertes MOF-Glas zeigt frustrierten Magnetismus

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  • Neues aus der Fakultät 2025
Ungeordnet, aber trotzdem magnetisch – eine neue Studie der Arbeitsgruppe Henke, erschienen im renommierten Fachjournal Advanced Functional Materials, schlägt ein neues Kapitel in der MOF-Glasforschung auf: In einer eleganten, lösungsmittelfreien One-Pot-Synthese gelang erstmals die Her­stel­lung einer glasartigen, Eisen(II)-basierten metallorganischen Gerüstverbindung (MOF, Metal-Organic Framework), die kooperatives magnetisches Verhalten zeigt. Dieses neuartige Material zeichnet sich nicht nur durch einen außergewöhnlich niedrigen Glasübergang bei etwa 87 °C aus, sondern zeigt auch das kollektive Einfrieren der magnetischen Spinmomente der Eisen(II)-Ionen bei rund 14 K
Grafikillustration

Strukturanalysen verdeutlichen, dass das auf Eisen(II)-Ionen, Imidazolat-Linkern und funktionalisierten 4,4‘-Bipyridin-Liganden basierte MOF-Glas gFe-tBubipy eine kontinuierliche, amorphe Netzwerkstruktur ähnlich einem Silikatglas aufweist – bestehend aus tetraedrischen und oktaedrischen Eisen(II)-Ionen, die über Imidazolat-Brücken miteinander verknüpft sind. Trotz des Fehlens langreichweitiger Ordnung bleibt die lokale Koordination der Eisen-Zentren klar definiert, was starke antiferromagnetische Austauschwechselwirkungen zwischen den Ionen ermöglicht. Die magnetischen Messungen belegen eine ausgeprägte magnetische Frustration und die charakteristische Divergenz zwischen feldgekühlter (FC, field-cooled) und nicht-feldgekühlter (ZFC, zero-field-cooled) Magnetisierung unterhalb von 14 K. Ergänzende frequenzabhängige Messungen im Wechselmagnetfeld zeigen ein typisches Spin-Glas-Verhalten; ein Phänomen, bei dem sich die magnetischen Momente in einem ungeordneten System gegenseitig behindern und dadurch kein geordnetes, sondern ein eingefrorenes, zufälliges Spinzustandsmuster entsteht.

Diese Erkenntnisse belegen erstmals, dass MOF-Gläser nicht nur strukturell vielseitig, sondern auch magnetisch hochinteressante Hybridmaterialien sein können. Damit eröffnen sie neue Perspektiven für die Er­for­schung kollektiver magnetischer Phänomene jenseits kristalliner Festkörper.

Dieses Projekt wurde maßgeblich von Dr. Chinmoy Das, ehemals Postdoktorand in der Arbeitsgruppe Henke und inzwischen Assistant Professor an der SRM University AP (Indien), geleitet. Die magnetischen Messungen wurden von Dr. Soma Salamon und Dr. Joachim Landers von der Arbeitsgruppe um Prof. Heiko Wende an der Fakultät für Physik der Universität Duisburg-Essen durchgeführt. Gefördert wurde die Arbeit durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).

C. Das, S. Salamon, J. Landers, J.-B. Weiß, W.-L. Xue, P. Kolodzeiski, R. Pallach, H. Wende, S. Henke,
Emergent Spin-Glass Behavior in an Iron(II)-Based Metal-Organic Framework Glass,
Adv. Funct. Mater. 2025, DOI: 10.1002/adfm.202517854

Arbeitsgruppe Prof. Henke

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