The synthesis, crystal structure, and magnetic characterization of a novel tetranuclear iron(III) methoxo-bridged cluster of formula Fe4(OCH3)6(dpm)6 (where Hdpm = dipivaloylmethane) is reported. The cluster has a ground spin state of S = 5, which is selectively populated below 20 K. High-field EPR spectra revealed that the system has a uniaxial magnetic anisotropy, corresponding to a zero field splitting parameter D = −0.2 cm-1 of the S = 5. Such anisotropy below 1 K gives rise to the slow relaxation of the magnetization similar to that of super-paramagnets. To investigate the origin of the magnetic anisotropy we have evaluated the projection of the single-ion and dipolar contributions to the zfs of the ground state. The zfs tensors of the three structurally independent iron(III) centers have been calculated from the coordination geometry and spectroscopic data using the angular overlap model. To test the reliability of the approach high-field EPR spectra of the parent monomer Fe(dpm)3 have been recorded to compare the calculated and experimental zfs parameters.

The peculiar redox-active character of quinonoid metal complexes makes them extremely appealing to design materials of potential technological interest. We show here how the tuning of the properties of these systems can be pursued by using appropriate molecular synthetic techniques. In particular, we focus our attention on metal polyoxolene complexes exhibiting intramolecular electron transfer processes involving either the ligand and the metal ion or the two dioxolene moieties of a properly designed ligand thus inducing electronic bistability. The transition between the two metastable electronic states can be induced by different external stimuli such as temperature, pressure, light, or pH suggesting the use of these systems for molecular switches.

Here we report the investigation of the magnetic relaxation and the quantum coherence of vanadyl phthalocyanine, VOPc, a multifunctional and easy-processable potential molecular spin qubit. VOPc in its pure form (1) and its crystalline dispersions in the isostructural diamagnetic host TiOPc in different stoichiometric ratios, namely VOPc:TiOPc 1:10 (2) and 1:1000 (3), were investigated via a multitechnique approach based on the combination of alternate current (AC) susceptometry, continuous wave, and pulsed electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. AC susceptibility measurements revealed a linear increase of the relaxation rate with temperature up to 20 K, as expected for a direct mechanism, but τ remains slow over a very wide range of applied static field values (up to ∼5 T). Pulsed EPR spectroscopy experiments on 3 revealed quantum coherence up to room temperature with T(m) ∼1 μs at 300 K, representing the highest value obtained to date for molecular electronic spin qubits. Rabi oscillations are observed in this nuclear spin-active environment ((1)H and (14)N nuclei) at room temperature also for 2, indicating an outstanding robustness of the quantum coherence in this molecular semiconductor exploitable in spintronic devices.

In the search for long-lived quantum coherence in spin systems, vanadium(IV) complexes have shown record phase memory times among molecular systems. When nuclear spin-free ligands are employed, vanadium(IV) complexes can show at low temperature sufficiently long quantum coherence times, Tm, to perform quantum operations, but their use in real devices operating at room temperature is still hampered by the rapid decrease of T1 caused by the efficient spin–phonon coupling. In this work we have investigated the effect of different coordination environments on the magnetization dynamics and the quantum coherence of two vanadium(IV)-based potential molecular spin qubits in the solid state by introducing a unique structural difference, i.e., an oxovanadium(IV) in a square pyramidal versus a vanadium(IV) in an octahedral environment featuring the same coordinating ligand, namely, the 1,3-dithiole-2-thione-4,5-dithiolate. This investigation, performed by a combined approach of alternate current (ac) susceptibility measurements and continuous wave (CW) and pulsed electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopies revealed that the effectiveness of the vanadyl moiety in enhancing quantum coherence up to room temperature is related to a less effective mechanism of spin–lattice relaxation that can be quantitatively evaluated by the exponent n (ca. 3) of the temperature dependence of the relaxation rate. A more rapid collapse is observed for the non-oxo counterpart (n = 4) hampering the observation of quantum coherence at room temperature. Record coherence time at room temperature (1.04 μs) and Rabi oscillations are also observed for the vanadyl derivative in a very high concentrated material (5 ± 1%) as a result of the additional benefit provided by the use of a nuclear spin-free ligand.

We present a spectroscopic and magnetic (both static and dynamic) characterization of two isostructural Dy and Er complexes evidencing that, despite the different types of magnetic anisotropy, the two molecules show similar slow relaxation of the magnetization in a static magnetic field.

An enantiopure organic radical monolayer on gold exhibits efficient spin selectivity properties in electron transport. This result makes thia[4]azahelicenes promising candidates for the development of chiral spintronic molecular-based devices.

A combined EPR and magnetic study of [LnRad(NO 3 ) 3 ], supported by calculations, unveiled an unprecedentedly large antiferromagnetic coupling between Eu 3+ and radical spins with slow magnetization dynamics below 20 K discovered for Eu and Lu species.

Stabilizing large easy-axis type magnetic anisotropy in molecular complexes is a challenging task, yet it is crucial for the development of information storage devices and applications in molecular spintronics. Achieving this requires a deep understanding of electronic structure and the relationships between structure and properties to develop magneto-structural correlations that are currently unexplored in the literature. Herein, a series of five-coordinate distorted square pyramidal CoII complexes [Co(L)(X2)].CHCl3 (where X = Cl (1), Br (2), or I (3)) is reported, all exhibiting easy-axis magnetic anicotropy. The size of the zero field splitting axial parameter (D) is quantitatively determined (1 = -72; 2 = -67 and 3 = -25 cm-1) using a cantilever torque magnetometry which is further firmly supported by magnetic susceptibility, and EPR measurements. The study of the magnetization relaxation dynamics reveals field-induced slow relaxation of magnetization due to the predominant Raman relaxation process. Theoretical calculations on 1-3 and optimized model complexes of 1 reveal insights into the electronic structure and highlight the impact of steric and electronic effects on modulating the D values. Overall, the studies reported pave the way for designing a new generation of CoII complexes with enhanced axiality and a lower rhombicity.