Dy(III)/Fe(II)异金属格子/螺旋结构中自旋交叉与单分子磁体的相关性研究

Single molecule magnets (SMMs) and Spin crossover (SCO) compounds are two kinds of materials with bi-stable magnetic states, potentially behaving as molecule based data storage devices, switches. It is a challenge to introduce spin-crossover units into molecular nanomagnets to switch the bistable state of the nanomagnets through external stimuli-tuned spin crossover. At present, only a few transition metal complexes that exhibit spin state related bi-stability in high temperature region and SMM behavior in low temperature region, namely magnetic field related bi-stability. The Enhancement of the magnetic interactions between 3d and 4f ions is an effective way to suppress the quantum tunneling in 4f system, but no combination of SCO and SMM behaviors were observed in 3d/4f system, especially in DyIII/FeII system, Based on this, The building of SCO−SMM bi-functional materials provides a new way for the functionalization of SCO complexes. This project is aimed to realize the synergy between SCO and SMMs, regulate the SCO behavior by introducing different co ligands and design the new type of SCO−SMM bi-functional materials, probing the factors affecting the synergistic effect between SCO and SMMs and realizing the controllable preparation of SCO−SMM bi-functional materials.

单分子磁体和自旋交叉化合物是两类具有磁双稳态特征的材料，在磁存储以及分子开关等方面具有潜在应用。在单分子磁体体系中引入自旋交叉单元，通过外部刺激的自旋交叉行为来调控配合物的磁双稳态具有很大的挑战，目前只有少数既在高温区表现为自旋态相关的双稳态，又在低温下表现出纳米磁体的性质的过渡金属配合物，即具有磁场相关的双稳态。在稀土体系中引入过渡金属来增强稀土−过渡金属离子之间的磁相互作用是抑制量子隧穿的有效途径，但在稀土/过渡体系尤其是DyIII/FeII中并没有同时观察到单分子磁体与自旋交叉行为。基于此，构筑自旋交叉−单分子磁体双功能材料为自旋交叉的功能化提供了新的思路。本项目以实现自旋交叉与单分子磁体的协同作用为目的，通过共配体调控自旋交叉行为，设计并合成新型的自旋交叉−单分子磁体双功能配合物，意在探索影响自旋交叉与单分子磁体协同作用的因素，实现该双功能配合物材料的可控制备。

单分子磁体以及自旋交叉配合物都是一类具有双稳态分子特征的分子，这类双稳态材料可作为量子比特用于量子计算机、自旋电子器件以及在分子开关等电子器件中具有潜在的应用价值。 目前文献报道只有少数能同时表现出既在高温区表现为自旋态相关的双稳态，又在低温下表现出纳米磁体的性质，即具有磁场相关的双稳态。但是在已报道的 DyIII/FeII体系中并没有观察到单分子磁体与自旋交叉行为的相结合。 基于此，我们将构筑自旋交叉−单分子磁体双功能材料为主要研究思路。通过对配体的合理设计调控调控自旋交叉行为，设计并合成新型的自旋交叉−单分子磁体双功能配合物，并探索利用热和光调控自旋交叉与单分子磁体协同作用的方法。本项目前期设计合成了一系列配体，并利用设计配体合成 DyIII/FeII 异金属超分子格子/螺旋结构配合物，交流磁性测试显示该系列配合物表现出了典型的单分子磁体行为，同时也能够表现出自旋交叉行为。遗憾的是利用外界的光照加热等刺激，该系列配合物中单分子磁体行为与自旋交叉行为并没有产生明显的协同行为。该研究结果通过对自旋交叉行为与单分子磁体性质的系统研究，分析结构与性质的关系，探索影响自旋交叉与单分子磁体协同作用的因素，为未来实现自旋交叉−单分子磁体双功能配合物的可控制备提供了很好的研究基础。