銥基金屬-有機框架材料磁、電特性探索

《銥基金屬-有機框架材料磁、電特性探索》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由朱文卡擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：銥基金屬-有機框架材料磁、電特性探索
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：朱文卡
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

金屬-有機框架材料（MOFs）的結構和功能可調性很高，在存儲、分離、催化、感測和生物醫學等方面皆有廣泛套用。作為一個磁有序系統，MOFs材料的磁性對外界溫度、壓力、光照等變化反應靈敏，是製備分子尺寸開關器件的理想材料。然而，磁性MOFs材料依然存在磁性弱、轉變溫度低等問題。本項目引入具有擴展電子結構和強自旋-軌道耦合的5d過渡金屬銥（Ir），通過不同配體的選擇和配位結構的設計，研究 Ir 基 MOFs 材料在不同配位結構下的交換作用和自旋排列機制，並嘗試尋找室溫強鐵磁的MOFs材料。本項目有利於理解MOFs材料中強自旋-軌道耦合的作用，並促進MOFs在自旋電子學方面的套用。

結題摘要

金屬-有機框架材料（MOFs）的結構和功能可調性很高，在存儲、分離、催化、感測和生物醫學等方面皆有廣泛套用。作為一個磁有序系統，MOFs材料的磁性對外界溫度、壓力、光照等變化反應靈敏，是製備分子尺寸開關器件的理想材料。項目計畫引入具有擴展電子結構和強自旋-軌道耦合的5d過渡金屬銥（Ir），通過不同配體的選擇和配位結構的設計，研究 Ir 基 MOFs 材料在不同配位結構下的交換作用和自旋排列機制，並嘗試尋找室溫強鐵磁的MOFs材料。在本項目資助下，我們圍繞MOFs材料合成，銥基化合物和多鐵材料的磁、電特性等進行了較深入的研究。我們製備了一系列鈣鈦礦結構的MOFs材料並進行了結構、形貌表征以及磁性測量；對銥基化合物進行了系統的摻雜研究，發現了新的磁、電基態；較好的完成了計畫任務書中的研究內容，基本實現了預期的目標。研究人員在MOFs材料合成的研究中，利用溶熱法製備了一批MOFs材料，探明了不同配位結構對交換作用與自旋排列的影響機理。在銥基化合物磁、電特性的研究中，給出了層狀銥基化合物的複雜而有趣的摻雜相圖，為在該體系中尋找高溫超導奠定了基礎；並發現了一種新的可能的量子自旋液體材料La3Ir3O11。針對多鐵材料的研究，發現了接近室溫的增強多鐵效應，並且該效應具有非易失性，具有極大的實際套用潛力。此外，我們還對新材料——拓撲半金屬——的新奇物性進行了研究，取得了一些初步成果。我們發現了磁性拓撲半金屬，闡明了非飽和巨磁阻和巨大平面霍爾效應的起源和機理，為拓撲半金屬的套用提供了新的設計路徑。最後，研究組還首次證實了TaSe3納米線中的電荷密度波轉變。我們總共發表了期刊論文12篇（SCI檢索），其中7篇發表在Journal of Materials Chemistry C，Applied Physics Letters，APL Materials，Physical Review B，Physical Review Materials等期刊上；我們還受邀撰寫了專著《Superfluids and Superconductors》的一個章節；項目主持人獲得1項國家自然科學基金面上項目（主持）和1項聯合基金重點項目（主要參與）支持；本項目經費支持了3名博士生、1名碩士生的部分研究工作。