具有磁极反转行为分子基磁体的设计与多重磁电调控

The magnetization reversal is defined as a crossover of dc magnetization from a positive value to a negative value as a function of temperature in a material below its magnetic ordering temperature. The magnetization reversal has technological applications in the area of magnetic storage devices, switch, magnetic bath and spin resolving devices. Nowadays the magnetization reversal is one of the most important research hotspots in magnetism. This phenomenon, dictated by several intrinsic parameters, such as crystal structure, magnetic anisotropy, magnetic exchange interactions, and temperature dependence of sublattice magnetization,is fundamentally very rich. Despite big progress was made in understanding the mechanism of the magnetization reversal phenomenon, but there is no practicable for design and assembling such magnets. The molecule based magnetic materials are easy in structure design which brings new opportunity for assembling magnets with magnetization reversal. In this work, we devote ourselves to the design and assembling magnetization reversal materials. We will choice organic amine as templates synthesing perovskite like structural metal formate, azides and so on. The charge and spin distribution of such complexes were tuned finely in order to realize distinct temperature dependence of sublattice magnetizations and finally magnetization reversal. And the performance of the aimed materials in magnetic storage devices, switch, magnetic bath and EB will be explored. Furthermore, the structural phase transition, dielectric, ferroelectric properties related to the order-disorder transition of the amine will also be researched as well as the existence and coupling of the multiple bistability in response to electric and magnetic modulation.

具有磁极反转行为的磁性材料在正磁场下可以具有正、负两种磁化状态，并在磁性开关、磁浴、自旋分辨器件和信息存贮方面具有实际应用价值，是磁性材料研究的热点领域之一。磁极反转和晶体结构、磁各向异性、磁交换、亚晶格的磁有序等密切相关，有着丰富的物理和化学内涵。经过多年研究特定化合物中引起磁极反转行为的相关机制业已阐明，然而具有磁极反转性能材料的设计合成依然缺乏明确的思路。分子基磁性材料易于结构调控，为磁性材料的设计合成带来方便，并为合成此类材料打开新的大门。本课题致力于以无机钙钛矿等结构为蓝本的磁极反转分子磁体的设计合成，采用有机胺模板的结构诱导和金属离子的掺杂等多方个面进行结构、价态、自旋的布居调控实现亚晶格磁有序的差异化，构筑目标化合物。研究存在的负磁化率、磁浴、磁开关和铆钉效应等磁学行为；研究有机胺冻结产生的结构相变、介电、铁电等电行为；同时探索存在的多重磁、电双稳态以及它们之间的耦合。

具有磁极反转行为的磁性材料在正磁场下可以具有正、负两种磁化状态，并在磁性开关、磁浴、自旋分辨器件和信息存贮方面具有实际应用价值，是磁性材料研究的热点领域之一。磁极反转和晶体结构、磁各向异性、磁交换、亚晶格的磁有序等密切相关，有着丰富的物理和化学内涵;因涉及过多的结构因素，磁极反转化合物的设计合成依然缺乏有效的手段。本项目以具有磁极反转行为分子基磁体的设计合成、结构调控和磁、电性能为主要研究内容。通过有机铵诱导新型拓扑结构获得具有不同维度的分子基磁体，利用有机铵的结构比例等调控所得化合物的价态布局和自旋分布进而获得具有磁极反转行为的分子基磁体；通过轨道正交原理引入不同电子组态金属离子形成铁磁亚铁磁基态，通过铁磁亚铁磁耦合的晶格磁化强度调控磁极反转行为；通过有机铵阳离子的结构控制AFe(HCO2)3结构中A位阳离子缺陷调控B位Fe离子价态组成，获得具有磁极反转的分子基磁体。我们在砷化镍结构甲酸铁中获得在10000Oe强磁场下具有磁极反转行为的分子基磁体，此化合物具有较大的矫顽力21716Oe和偏置场3322Oe。我们在磁极反转性质的基础上，在一些特定结构中实现了铁电、铁弹等铁性相变；研究了磁极反转过程中磁熵变的变化，探索了磁极反转化合物作为磁浴的可能，这些研究结果拓展了磁极反转研究的领域。研究具有铁磁亚铁磁基态的砷化镍结构中磁极反转行为的连续调控,探索了磁极反转与交换偏置方向之间的关系，并提出相关物理模型。研究了所得化合物中的电荷有序以及自旋倾斜、自旋涨落、自旋阻挫和慢磁弛豫等磁现象，研究了化合物中的介电弛豫、铁弹相变、自发应变、压电、二阶倍频等物理性质，探索了构效关系。这些研究结果丰富了分子基磁体的种类，为具有磁极反转行为磁体的设计合成提供了借鉴，研究获得的磁电等多功能分子基材料为相关磁电性能研究提供了新的平台。