銅ピラジン硝酸準双次元量子磁石の実験的および理論的電子密度分析

2つの金属有機ポリマー磁石の正確な電子密度分布と磁気特性、準双次元（1d）Cu（PYZ）（NO3）2および準2次元（2d）[Cu（PYZ）2（NO3）] NO3・H2Oは、周期システム全体および選択されたフラグメントで、高解像度の単結晶X線回折および密度機能理論計算によって調査されています。分子の原子の量子理論に基づくトポロジー分析により、磁気交換経路の可能性の特性評価と、電子（電荷とスピン）密度と交換カップリング定数の間の関係の確立が可能になりました。両方の化合物で、実験的に観察された反強磁性結合は、σ型相互作用を介して、ピラジンブリッジングリガンドによって媒介されるCu-Cuスーパーレキャンジング経路によって定量的に説明できます。実験的電荷密度データのトポロジカル分析から、ピラジンの傾斜角が磁気相互作用の強度を決定する上で役割を果たさないことを初めて示します。分子軌道分析とスピン密度計算と組み合わせて、スピンの非局在化とスピン偏光メカニズムとの相乗的な関係が見つかり、どちらもこれらのCu（II）-Pyz配位ポリマーのバルク磁気挙動を決定します。

The accurate electron density distribution and magnetic properties of two metal-organic polymeric magnets, the quasi-one-dimensional (1D) Cu(pyz)(NO3)2 and the quasi-two-dimensional (2D) [Cu(pyz)2(NO3)]NO3·H2O, have been investigated by high-resolution single-crystal X-ray diffraction and density functional theory calculations on the whole periodic systems and on selected fragments. Topological analyses, based on quantum theory of atoms in molecules, enabled the characterization of possible magnetic exchange pathways and the establishment of relationships between the electron (charge and spin) densities and the exchange-coupling constants. In both compounds, the experimentally observed antiferromagnetic coupling can be quantitatively explained by the Cu-Cu superexchange pathway mediated by the pyrazine bridging ligands, via a σ-type interaction. From topological analyses of experimental charge-density data, we show for the first time that the pyrazine tilt angle does not play a role in determining the strength of the magnetic interaction. Taken in combination with molecular orbital analysis and spin density calculations, we find a synergistic relationship between spin delocalization and spin polarization mechanisms and that both determine the bulk magnetic behavior of these Cu(II)-pyz coordination polymers.