稀土基单分子磁体与铁(II/III)自旋交叉双功能材料的构筑与性质研究

Single-molecular magnets (SMMs) displaying magnetic bistability, and slow relaxation have unique potential applications as high-density information storage, quantum computing and spintronic devices. At present, most high-performance single-molecule magnets are mononuclear lanthanide-based single-molecule magnets. It is remains an important issues for us to resolve that how to break through the limitation of mononuclear single-molecule magnets, so that developing stable and high-performance polynuclear single-molecule magnets.. In order to reach the goal, in this project, a family of stable heterometallic Fe(II/III)-4f complexes with single-molecular magnet and spin crossover bifunctional properties will be rational synthesized by incorporating magnetic building blocks of 4f single-molecule magnets with strong magnetic anisotropy and magnetic building blocks of Fe(II)N6/Fe(III)N4O2 spin crossover. It is expected that the single-molecular magnet properties of complexes can be adjusted by changing high-spin (HS) and low-spin (LS) states of Fe(II/III) spin crossover. The relation between structures and properties for all target complexes will be summarized and concluded by combining theory with experiment. It will be realized that the innovation of molecular magnetic materials with single molecule magnets and spin crossover bifunctional properties in synthesis method and key performance. The materials are expected to be used in high-order data storage and magnetic molecular switches.

单分子磁体因其磁双稳态和慢弛豫机制而在高密度信息存储材料、量子计算和自旋电子学器件等领域具有潜在的应用。目前高性能的单分子磁体多为单核稀土基单分子磁体。如何突破单核单分子磁体限制，发展出稳定、高性能的多核单分子磁体仍是我们需要解决的重要问题。. 为了实现这个目标，本项目拟选择具有强磁各向异性的稀土基4f作为单分子磁体构筑单元，Fe(II)N6/Fe(III)N4O2作为自旋交叉构筑单元，设计组装出一系列稳定的具有单分子磁体和自旋交叉双功能的Fe(II/III)-4f异金属配合物。通过改变Fe(II/III)的高-低自旋态来调控其单分子磁体性能。结合理论计算，总结、归纳配合物的结构-性质关系。实现自旋交叉和稀土基单分子磁体双功能的分子基磁性材料在合成方法和关键性能指标上的创新。为该类材料用于高阶数据存储和磁分子开关提供参考依据。

单分子磁体因其磁双稳态和慢弛豫机制而在高密度信息存储材料、量子计算和自旋电子学.器件等领域具有潜在的应用。本项目的研究内容主要围绕稀土基单分子磁体与铁(II/III)自旋交叉双功能材料的构筑与性质研究进行两部分工作。一是利用2-羟基-3-甲氧基苯甲酸、偶氮四唑-3-羟基-2-萘酸、偶氮三唑-2,6-二羟基苯甲酸等配体与Dy(III)、Yb(III)等稀土离子盐构筑了一系列具有荧光和单分子磁体双功能的稀土配合物，得到了全部配合物的单晶解析了全部的单晶结构。对一系列配合物进行荧光和磁性测试分析，发现在2-羟基-3-甲氧基苯甲酸构筑的稀土配合物中，配体能够敏化稀土离子的特征荧光，部分配合物在紫外光照射下能够发射白光和近红外光。实验结果表明部分配合物在零外加直流场下表现单分子涡旋磁体行为。结合低温荧光光谱和理论从头计算深入阐述构筑的稀土配合物的磁各向异性与磁弛豫行为。第二部分利用偶氮四唑-2,7-二羟基萘配体与Fe(II/III)、Co(II)构筑了数例具有自旋交叉性质的配合物。采用阳离子交换方法，可以调控自旋交叉行为。通过磁化率测试、穆斯堡尔谱、变温EPR和拉曼光谱等技术方法深入研究配合物的自旋转换行为。研究结果发表SCI论文8篇，包括Inorg. Chem. 1篇，Inorg. Chem. Front. 2篇，Chem. Commun. 1篇，Dalton Trans. 2篇，CrystEngComm 1篇，New Journal of Chemistry 1篇。完成了申请书预定的研究目标和任务。