铱基金属-有机框架材料磁、电特性探索

Metal-organic frameworks (MOFs) possess a wide array of potential applications including storage, separation, catalysis, sensing and biomedicine, due to their structural and functional tunability. As spin-ordered systems, some MOFs present a spin crossover or change in response to variation in temperature, pressure, or light irradiation, and thus provide a candidate for molecular-scale magnetic switch. Nevertheless, magnetic MOFs materials still have problems, i.e., the lack of strong interactions and high transition temperature. In order to increase the transition temperature and ferromagnetism, the 5d transition-metal iridium is introduced, which has an extended electron shell and strong spin-orbit couplings (SOC). The exchange interactions and spin-order of Ir-based MOFs are studied by selecting different organic linkers and designing coordination geometry. Room-temperature MOFs with a strong ferromagnetism will also be explored. This project will facilitate the understanding of the role of strong SOC in MOFs and the potential application of MOFs in spintronics.

金属-有机框架材料（MOFs）的结构和功能可调性很高，在存储、分离、催化、传感和生物医学等方面皆有广泛应用。作为一个磁有序系统，MOFs材料的磁性对外界温度、压力、光照等变化反应灵敏，是制备分子尺寸开关器件的理想材料。然而，磁性MOFs材料依然存在磁性弱、转变温度低等问题。本项目引入具有扩展电子结构和强自旋-轨道耦合的5d过渡金属铱（Ir），通过不同配体的选择和配位结构的设计，研究 Ir 基 MOFs 材料在不同配位结构下的交换作用和自旋排列机制，并尝试寻找室温强铁磁的MOFs材料。本项目有利于理解MOFs材料中强自旋-轨道耦合的作用，并促进MOFs在自旋电子学方面的应用。

金属-有机框架材料（MOFs）的结构和功能可调性很高，在存储、分离、催化、传感和生物医学等方面皆有广泛应用。作为一个磁有序系统，MOFs材料的磁性对外界温度、压力、光照等变化反应灵敏，是制备分子尺寸开关器件的理想材料。项目计划引入具有扩展电子结构和强自旋-轨道耦合的5d过渡金属铱（Ir），通过不同配体的选择和配位结构的设计，研究 Ir 基 MOFs 材料在不同配位结构下的交换作用和自旋排列机制，并尝试寻找室温强铁磁的MOFs材料。.在本项目资助下，我们围绕MOFs材料合成，铱基化合物和多铁材料的磁、电特性等进行了较深入的研究。我们制备了一系列钙钛矿结构的MOFs材料并进行了结构、形貌表征以及磁性测量；对铱基化合物进行了系统的掺杂研究，发现了新的磁、电基态；较好的完成了计划任务书中的研究内容，基本实现了预期的目标。研究人员在MOFs材料合成的研究中，利用溶热法制备了一批MOFs材料，探明了不同配位结构对交换作用与自旋排列的影响机理。在铱基化合物磁、电特性的研究中，给出了层状铱基化合物的复杂而有趣的掺杂相图，为在该体系中寻找高温超导奠定了基础；并发现了一种新的可能的量子自旋液体材料La3Ir3O11。针对多铁材料的研究，发现了接近室温的增强多铁效应，并且该效应具有非易失性，具有极大的实际应用潜力。.此外，我们还对新材料——拓扑半金属——的新奇物性进行了研究，取得了一些初步成果。我们发现了磁性拓扑半金属，阐明了非饱和巨磁阻和巨大平面霍尔效应的起源和机理，为拓扑半金属的应用提供了新的设计路径。最后，研究组还首次证实了TaSe3纳米线中的电荷密度波转变。.我们总共发表了期刊论文12篇（SCI检索），其中7篇发表在Journal of Materials Chemistry C，Applied Physics Letters，APL Materials，Physical Review B，Physical Review Materials等期刊上；我们还受邀撰写了专著《Superfluids and Superconductors》的一个章节；项目主持人获得1项国家自然科学基金面上项目（主持）和1项联合基金重点项目（主要参与）支持；本项目经费支持了3名博士生、1名硕士生的部分研究工作。