Electronic structure of rhombus-shaped nanographenes: system size evolution from closed- to open-shell ground states

We theoretically study and characterize a set of rhombus-shaped nanographenes of increasing size, or n-rhombenes, where n = 2–6, displaying zigzag edges leading to an enhancement of the (poly)radicaloid nature and the appearance of intrinsic magnetism as a function of n. Due to that system-dependent radicaloid nature, we employ spin-flip methods able to capture the challenging physics of the problem, thus providing accurate energy differences between high- and low-spin solutions. The theoretical predictions agree with the experimentally available magnetic exchange coupling for the recently synthesized 5-rhombene, as well as with the size at which the transition from a closed-shell to an open-shell ground-state solution occurs. We also investigate if standard DFT methods are able to reproduce the trend disclosed by spin-flip methods and if the results are highly dependent on the functional choice and/or the intrinsic spin contamination.This work is supported by projects PID2019-106114GB-I00 (“Ministerio de Ciencia e Innovación”), AICO/2021/093 and PROMETEO/2021/017 (“Generalitat Valenciana”)

Estudio computacional de nanografenos n-romboidales con interés nanotecnológico

Los nanografenos que presentan todos sus bordes en zigzag (ZNGs) son un conjunto de hidrocarburos aromáticos policíclicos, cuyas propiedades electrónicas y magnéticas dependen tanto de su forma como de su tamaño y topología de borde. Por ello, el estudio de dichas propiedades es una de las áreas de investigación de mayor actividad actualmente, debido a las elevadas y prometedoras prestaciones que presentan estos sistemas para el desarrollo de nuevos dispositivos espintrónicos. Así pues, en este trabajo se estudiará un conjunto de ZNGs de topología romboidal, catalogados como n-rombenos, siendo n = 2 − 6, los cuales presentan un destacado carácter magnético y (poli)radicalario que puede variar con el valor de n. Por tanto, para poder estudiar cómo varía el carácter (poli)radicalario de estos sistemas y la estabilidad de sus diferentes estados de bajo y alto espín con el tamaño de sus estructuras, se aplicarán diferentes métodos DFT, evaluando su precisión y veracidad frente a los resultados experimentales de los sistemas 4-rombeno y 5-rombeno (sintetizados por primera vez en el año 2019) y utilizando la metodología RAS-SF como referencia