鐵-稀土單分子磁體的設計合成及其磁構關係研究

《鐵-稀土單分子磁體的設計合成及其磁構關係研究》是依託南京理工大學，由彭國擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鐵-稀土單分子磁體的設計合成及其磁構關係研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：彭國
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

單分子磁體在高密度信息儲存、量子計算、自旋電子器件等方面具有潛在的套用價值。高的自旋和顯著的磁各向異性是產生單分子磁體的兩個必要條件。鐵離子具有較高的自旋，而重稀土離子呈現出顯著的磁各向異性，所以把兩者有機地結合到一個配位簇合物中有助於提高得到單分子磁體的機率，但是鐵-稀土單分子磁體的阻塞溫度和有效能壘還比較低，而且稀土離子的引入增加了其磁構關係理解的難度。本項目擬利用多甘醇為配體，有機羧酸為輔助配體來實現鐵-稀土配位簇合物的組裝，探索通過鐵-稀土離子之間橋連基團的改變和輔助配體的取代來增強鐵-稀土離子之間的交換作用和改變體系中稀土離子的磁各向異性，從而提高鐵-稀土單分子磁體的阻塞溫度和有效能壘。與此同時，通過穆斯堡爾能譜對體系中稀土離子的磁各向異性進行研究，探討稀土離子的磁各向異性在鐵-稀土單分子磁體中發揮作用的機制，進而加深對鐵-稀土單分子磁體磁構關係的理解。

結題摘要

單分子磁體的發現是分子磁性材料領域最重要的突破之一。單分子磁體的性能與基態自旋和磁各向異性密切相關。鐵離子具有較高的自旋，而稀土離子擁有較強的磁各向異性，兩者有機結合可有助於提高獲得單分子磁體的機率。但是由於不同金屬離子的競爭和稀土離子的複雜磁各向異性，對鐵-稀土單分子磁體的構築和含稀土離子單分子磁體磁構關係的理解仍有一定難度。本項目利用含全氧給體的多甘醇和有機羧酸為配體成功製備了系列鐵-稀土配合物，對鐵-稀土配合物的組裝規律有了一定的認識，可為鐵-稀土單分子磁體的設計合成提供參考。通過配體量和鹼的控制，獲得了具有不同配位環境的鐵-稀土配合物，並利用配位環境的差異，調控了它們的磁弛豫行為，提高了鐵-稀土單分子磁體的性能。證明了交流磁化率和穆斯堡爾譜相結合的方法可用於研究鐵-稀土單分子磁體中稀土離子的磁各向異性。這個方法的套用不但能緩解稀土離子磁各向異性的研究對大塊單晶和理論計算的依賴，還能加深對鐵-稀土單分子磁體磁構關係的理解。獲得基於磺酸配體的首例純稀土單分子磁體，對單分子磁體的構築有一定的指導作用，增加了獲得單分子磁體行為的途徑。通過配位環境的改變和不同陰離子的引入調控了稀土單分子磁體的單分子磁體行為和結晶模式，為手性單分子磁體的製備和單分子磁體的多功能化提供理論和實驗依據。這些結果對鐵-稀土或者稀土單分子磁體的可控合成、性能調控和磁構關係的理解具有指導意義。