单分子磁体中磁各向异性问题的理论研究

单分子磁体研究是合成化学，配位化学，量子化学，固体物理，分子电子学，自旋电子学等学科相互交叉融合的前沿科研领域。本项目把有效哈密顿方法和密度泛函理论方法、高精度量子化学从头算方法结合起来，研究单分子磁体中遇到的磁各向异性问题，从定性、半定量、定量的不同层次，不同角度系统研究旋轨耦合作用、零场分裂等因素对单分子磁体等分子基磁性材料的磁学性质、慢的磁驰豫行为等的影响，为设计单分子磁体提供理论基础；同时，用理论研究结果指导设计合成模型化合物，以期对分子基磁性材料中的磁各向异性问题有更深入的认识。

本项目在执行期间开展了三个方面的研究并取得了系列重要的研究成果：1）使用配位场和有效Hamiltonian方法研究了稀土单离子磁体的低激发能谱结构，发现具有Ising型的基态和大小合适的能垒是单稀土配合物表现出磁弛豫现象的重要条件，为设计合成新的稀土单离子磁体提供了理论基础；2) 使用密度泛函理论和量子化学从头算方法，研究了簇合物型单分子磁体的交换作用性质和机理，零场分裂常数等重要的分子磁体磁学参数，研究了单分子磁体和单离子磁体磁各向异性与分子几何结构、电子结构的磁-结构关系，为设计合成新的单分子磁体提供了依据；3) 使用密度泛函方法和量子化学从头算方法研究了多种单链磁体自旋中心的磁各向异性和自旋中心间的磁耦合作用性质，深化了对单链磁体磁弛豫性质的理解。对处于Ising型和Heisenberg型单链磁体中间的过渡类型，提出了新的弛豫能垒计算公式。这些工作，对认识单分子磁体的磁各向异性，研究多种磁性参数，如零场分裂、交换耦合常数、磁弛豫能垒等和磁构关系，指导单分子磁体设计合成，都有着重要的意义。