磁性与极性可调的Fe(II)自旋交叉配合物的构筑与协同响应研究

The spin crossover (SCO) complexes have attracted much attention in molecular-based magnetic switch and information storage, because their spin arrangement between the high-spin (HS) and low-spin (LS) states can be induced easily by external stimuli. However, it is still a great challenge to tune the magnetization and polarization via spin arrangement in SCO materials. Under the molecular engineering principle and coordination chemistry means, this project uses SCO complexes with tunable structures and properties as the basic building block and combines the magnetic and polar interconvertible units to explore the synergistic response of magnetic and polar properties of Fe(II)-based SCO materials. On one hand, the spin state, magnetic channel and thermal hysteresis width will be regulated through light- and thermal-induced spin crossover actuated spin state rearrangements of the metal center; on the other hand, the polarity and dielectric properties will be tuned via the displacement and asymmetry changes induced by the rotation effect of building unit. This project provides some suggests for obtaining new and high-performance spintronic devices and realizing the magnetoelectric coupling functions of materials.

自旋交叉配合物能够在外界刺激下，经过电子重排产生高低自旋态的变化，在分子磁开关以及存储领域具有非常大的吸引力。如何在磁性调控的基础上，实现磁性与极性性能的双功能调控，是当前自旋交叉材料领域的一个重大挑战。本项目的研究以结构和性质可调的自旋交叉配合物作为基本构筑基元，利用分子工程原理和配位化学手段，在自旋交叉材料中复合磁性和极性互变的功能基元，探索Fe(II)基自旋交叉材料的磁性和极性的协同响应研究。通过光热诱导的自旋转变，操纵分子内金属中心的高低自旋态，完成对自旋交叉配合物的自旋态、磁作用通道以及热滞宽度的操纵；通过分子内构筑单元的转动效应，操控分子产生位移型变化以及不对称变化，实现对自旋交叉配合物的极性以及介电性质的调控。此项目为获得新型和优良的自旋电子学器件、实现材料的磁电耦合功能提供参考。

本项目首先在自旋转变配合物体系中探索了光诱导磁学以及介电功能调控，完成自旋交叉体系在低温下的光磁响应调控，实现光诱导单链磁体的性能调控，并以第一作者发表Angew一篇、CCS Chemistry一篇。进一步在金属膦酸盐体系中实现了室温下的光磁响应调控，完成了室温光诱导单分子磁体的开关调控，揭示了这些材料结构与性能之间的关系。以此为基础，以第一/通讯作者在JACS、Nature Commun. Sci China Chem.等杂志发表15篇论文。本项目利用自旋交叉和电子转移了实现单分子/单链磁体的可逆调控，并将其转变为肉眼可视的颜色变化，不仅创新和发展了单分子/单链磁体的研究内涵，更为推动新一代智能材料的开发和应用提供理论指导。