自旋手性新型分子信息存储材料

本项目聚焦自旋手性信息存储功能晶态材料的设计与可控组装，系统研究自旋、各向异性、旋轨耦合以及构型、对称性等对体系自旋拓扑结构的影响，设计、合成特定自旋拓扑结构的功能基元，阐明自旋手性功能基元的构筑原理；选择合适的拓展单元，构筑功能基元的拓展体系和网络，研究自旋手性功能基元与拓展单元之间、结构手性与自旋手性之间的相互关系，阐明功能基元在拓展体系中的传递机理；通过调控和裁剪，使功能基元按预期结构和信息功能有效组装，揭示自旋手性功能基元及其在空间的集成方式与宏观性质之间的关系，进一步深化对功能导向晶态材料的结构设计和可控制备规律的认识，发现新型信息存储功能晶态材料，为设计性能优化的功能导向新型晶态材料提供指导。

具有独特自旋手性（Spin Chirality）的Dy3单分子磁体可用于设计一种全新的存储材料，开启了量子计算和信息存储的新篇章，激发了人们广泛的研究热情。然而如何将环形磁矩功能单元有效组装仍然是一项挑战性课题。我们紧扣“功能导向晶态材料的结构设计和可控制备”重大科学研究计划的关键科学问题和总体目标，从宏观磁性质与微观自旋拓扑结构之间内在关系入手，深入研究了自旋手性特殊功能基元的设计与可控组装。通过Dy3单元连接方式和分子内磁相互作用的调节，实现了Dy3环形磁矩功能基元的组装与同向增强，获得了最大化的环形磁矩；设计了两例新的具有环形自旋的Dy3单分子磁体，为设计多功能分子磁性材料打下了重要基础；阐明了Dy2单分子磁体中金属中心和金属离子间磁相互作用对量子隧穿的各自抑制作用，提出了效抑制稀土离子磁化强度量子隧穿效应的机制。明确两个抑制参数增进了人们对于发展单分子信息存储和处理技术的认识。以上研究成果为自旋手性功能基元晶态材料的设计与组装提供了重要指导信息。