层状钙钛矿型的分子基多铁性材料的合成与研究

Due to the magnetoelectric coupling effect, the multiferroic materials have broad prospects of application in the fields of spintronic devices and high-performance information memories. However, there is a great challenge to design and synthesize such materials with strong magnetoelectric coupling effect. Based on the previous researches that highly stable and reproducible magnetoelectric effect were observed in the layered perovskite-type compounds, the application project will focus on synthesizing new layered perovskite-type molecular multiferroic materials, by using novel organic layers such as ammoniums with diamine, chromophore, unsaturated bond and halogens. These compounds will enhance the magnetic interactions of neighboring inorganic layers, the electric effects of organic layers and the interactions between organic and inorganic layers, thus a strong magnetoelectric coupling effect can be achieved. These studies and results will bring further insight into the understanding of the magnetoelectric coupling effects as well as open new ways for designing other systems of multiferroic materials.

多铁性材料的磁电耦合效应使其在自旋电子器件及高性能信息存储等领域具有巨大的应用前景，而合成强磁电耦合效应的多铁性材料是该领域研究的难点。我们在前期的研究发现层状钙钛矿化合物中通过氢键连接的无机磁性层与有机层之间具有很强的相互作用，并因此表现出稳定的、高重现性的磁电耦合效应。基于此，本项目拟通过使用含二氨基、发色基团、不饱和键、卤原子等的新型有机铵阳离子，与合适的无机磁性层组装出层状钙钛矿型的分子基多铁性化合物，以增强相邻无机层的磁交换作用、有机层的电学效应以及无机层与有机层的相互作用，进而达到增强磁电耦合效应的效果。通过项目所涉及内容的研究，将为磁电耦合效应的深入认识提供更多的实验依据，同时为其他多铁材料体系的设计开辟新的思路。

多铁性材料的磁电耦合效应使其在自旋电子器件及高性能信息存储等领域具有广阔的应用前景，深入认识磁电耦合机理与合成具有强磁电耦合效应的多铁性材料是该领域研究的难点。本项目在基于前期研究发现层状钙钛矿化合物中稳定的、高重现性的磁电耦合效应，拟通过使用含二氨基、发色基团、不饱和键、卤原子等的新型有机铵阳离子组装层状钙钛矿型的分子基多铁性化合物，通过增强相邻无机层的磁交换作用，有机层的电学效应以及无机层与有机层的相互作用，进而达到增强磁电耦合效应的效果。通过对项目的研究，目前已经成功获得了超过15例具有层状钙钛矿结构的新型化合物，11例化合物具有结构相变及介电异常现象，已测试的3例化合物均表现出磁介电耦合效应。因此，在一定程度上表明了二维磁性层状钙钛矿化合物广泛地存在磁介电耦合效应。通过对5例化合物的结构与磁电耦合效应的强弱分析，可推测出增强磁电耦合效应的因素，如无机磁性层之间的磁相互作用越强，有机层之间的柔性越大，有机层与无机层之间的氢键作用越强，则越容易得到更强的磁介电耦合效应。通过以上内容的研究，扩展了具有磁介电耦合效应的材料，为磁电耦合机理的深入认识提供了更多的实验依据，同时为设计其它具有强磁电耦合效应的体系提供思路。此外，项目还研究了1例具有层状结构的有机-无机杂化化合物，发现其中有机铵阳离子的缓慢有序化可产生显著的单分散德拜型介电驰豫，可作为潜在的驰豫型介电材料。对5例金属有机框架化合物的合成与研究，发现了离子半径对配位模式的显著影响、对Fe3+的快速荧光感应以及对有机染料的选择性吸附等现象。