配位键长调控的稀土Dy(III)单离子磁体的设计、合成及磁构关系研究

Lanthanide single-ion magnets (SMMs) have recently attracted unprecedented interest due to their intriguingly applications in quantum information processing, molecular spintronics, and ultra-high density information storage. In this project, we will explore the magnetic properties of oxime-based lanthanide single-ion magnets by changing the structure of the mixed ligands (position, number of N atom, substituent group, etc) to modulate the Dy-ligand bond length. The aim of this project is to buid the connectivity between the macroscopical magnetism and microcosmic structural unit and to deep understand the magnetic-structural correlations of the lanthanide complexes as well as to provide both experimental (magnetic and fluorescence test ) and theoretical basis for preparation the high-performance of dysprosium SIMs.

稀土单离子磁体因在高密度信息储存、量子计算机和自旋电子器件方面广阔的应用前景而受到物理、化学和材料科学三个领域科学家广泛的关注，成为当前研究的热点和前沿研究领域之一。本申请立项拟采用混合配体的构筑策略，以水杨醛肟及其衍生物构筑的稀土金属配合物为研究对象，以宏观的磁学性能和微观结构（配体场的电荷密度分布）之间的内在联系为主线，对共配体中杂环氮原子的位置和数目，以及杂环环外取代基的种类等进行修饰，通过不同杂原子给体调控其配位键长以设计合成高性能的稀土单离子磁体。并通过SQUID测试、荧光光谱和理论计算对其固态结构和磁学性能展开全方位的研究，揭示配合物的宏观磁学性能与功能基元的相关性，关联稀土单离子磁体的构效关系和磁弛豫机理，为新型信息存贮材料的发展提供理论依据和实验基础。

随着磁-构关系的深入研究，大量的实验和理论研究表明，与弱的分子内磁相互作用相比，镧系中心显著的单轴各向异性在提高有效能垒和阻塞温度方面发挥着更重要的作用。自旋中心离子的各向异性大小对局部几何对称性和配体场的微小变化非常敏感。目前，一些高轴向对称的稀土配合物（例如：D5h、D4d、D8d、 D8h、C5、C∞h和C∞v）已被成功地设计合成出来，但不可否认的是，由于镧系元素中心配位数高、配位模式灵活等固有特征，其高局部对称性的配合物并不容易完成，所生成的化合物通常是低对称的。因此，轴向配体场成为调节单分子磁体单轴磁各向异性最有效的方法之一。本项目通过不同杂原子给体调控金属中心原子周围的键长成功构筑了一系列基于稀土镝离子的金属配合物，并通过结构表征、性能测试和理论计算对其固态结构和磁学性能展开全方位的研究，揭示配合物的宏观磁学性能与功能基元的相关性，关联稀土单离子磁体的构效关系和磁弛豫机理，为新型信息存贮材料的发展提供理论依据和实验基础。到目前为止，在有影响力的国际学术期刊上发表含本项目基金号标注的SCI论文2篇，国内核心期刊3篇，两项发明专利（专利号：202110464330.6，202110776813.X）。