Modulating Diradical Spin Coupling via Isomeric Tetra‐Thiophene Bridges: Dominance of Super‐Exchange Versus Spin‐Polarization Mechanisms

直接的 离域电子 密度泛函理论 电子顺磁共振 化学 自旋(空气动力学) 反铁磁性 感应耦合 联轴节(管道) 基态 分子 激进的 二聚体 计算化学 化学物理 电子 顺磁性 未成对电子 凝聚态物理 磁矩 结晶学 顺反异构 立体化学 抗磁性 交换互动 量子干涉 分子物理学 共振(粒子物理) 分子线 超级交换 自旋态
作者
Di Wang,Zhipeng Xu,Jin Liu,Jun Zhang,Xinyu Li,Dan Yao,Jiarou Liu,Martin Baumgarten
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:: e71468-e71468
标识
DOI:10.1002/chem.71468
摘要

ABSTRACT Molecular bridge isomerism plays a critical role in regulating electron transport and magnetic exchange within diradical systems of organic spintronics, yet polyfused thiophenic molecular bridges have not been thoroughly investigated. We report the design and synthesis of four novel diradical compounds employing nitronyl nitroxide (NN) radicals as spin sources and structurally defined tetra‐thiophene (Tt) isomers as molecular bridges. The influence of the four isomeric Tt bridge with different alternative and spiral fused structure on magnetic coupling of Tt‐NNs were systematically investigated through electron paramagnetic resonance (EPR), superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometry, and density functional theory (DFT) calculations. DFT calculations reveal a direct correlation between spin interaction mechanism and magnetic coupling strength. Experimental results demonstrate that the isomeric arrangement of the tetra‐thiophene bridge significantly modulates spin distribution in the ground state and electron delocalization capability. The Kekulé‐type tetra‐thiophene bridge (Tt‐A), characterized by a continuous conjugation pathway, exhibits superior spin delocalization efficiency and strong antiferromagnetic (AFM) coupling ( J /k B = −17.79 K, SQUID). In contrast, the nonKekulé‐type isomers (Tt‐B, Tt‐C, and Tt‐D) with disrupted conjugation show relatively weaker coupling, governed primarily by super‐exchange interactions. Moreover, in bridge structures, a higher proportion of nonKekulé regions correlates with lower coupling strength.
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