基于高自旋簇构筑单链磁体研究

Single chain magnets (SCMs) exhibit attractive potential application prospects in high-density information storage, molecular devices and quantum computers, etc. The traditional synthesis methods were limited to employ the single paramagnetic metal centers and the radicals as the building blocks,in which the blocking temperature (TB) is difficult to increase.in this project, novel cluster-based 1-D magnetic complexes will be designed and synthesized by chemical self-assembly method using high spin clusters as the building blocks, in order to obtain high TB SCMs.Prepare the single crystals of the object complexes, measure the crystal structure and magnetic properties,investigate the magnetic differences between them and their mother clusters, explore the inherent factors that affect the magnetic behaviors, reveal magneto-structural correlation and attempt to adjust the magnetic properties of the 1-D systems by the structural modification for the purpose of obtaining SCMs with high TB and provide critical experimental and theoretical basis for synthesizing low dimensional magnets with excellent properties.

单链磁体（SCMs）在高密度信息存储，分子器件和量子计算机等方面具有诱人的潜在应用前景。传统的合成方法局限于以单个顺磁金属中心和自由基作为构筑基元，磁阻塞温度（TB）难以提高。本项目计划利用高自旋金属簇作为构筑基块来构筑高TB单链磁体，通过化学自组装方法设计合成以簇为结构基元的新型一维磁性化合物。培养目标化合物单晶体，测定其晶体结构和磁性质，研究其与母体簇之间的磁性差异，探索影响其磁性行为的内在因素，揭示其磁性结构的关系，并尝试通过结构修饰来调控此一维体系的磁性能,以期能够获得具有高TB的单链磁体，为合成性能卓越的低维磁体奠定一定的实验和理论基础。

低维磁性金属簇合物的合成及构效关系研究是构筑新型单分子磁体（SMMs）和单链磁体 (SCMs) 的关键环节。本项目以具有高自旋的金属簇合物为研究对象，选用Cu、Ni大环阳离子， MnIII/II离子以及镧系金属离子等前驱体与三氰基铁阴离子进行化学自组装反应，设计合成了一系列结构新颖并具有有趣磁学性质的低维磁性金属簇链化合物材料。系统运用元素分析，红外光谱，X 射线单晶衍射技术对目标化合物进行详细的结构表征。结果显示该系列化合物表现丰富的结构多样性，有线性三核Cu/NiFe2金属簇，有六核Mn2Fe4和V 型三核Mn2Fe簇，有多种不同的MnFe二核簇，有结构新颖的3d/4f三核Cu/NiLnM 簇和线性六核(Cu/NiLnM)2簇 (M = Fe, Cr)。在构筑各类金属簇合物的基础上，成功构筑若干结构新颖的一维链状化合物，其中有具有一维锯齿的MnFe链，有鲜有报道的一维支状Mn2Fe2链，有新型3d/4f混金属CuLnCr和CuLnW链。在对目标化合物进行详细的结构表征的基础上，利用量子干涉磁量仪对目标化合物进行了系统的磁学性质研究，探讨了磁性构效关系。结果显示NiFe2簇主要表现分子内铁磁性耦合作用，同时Ni离子本身也具有显著的零场分裂效应。不同于NiFe2簇，CuFe2, Mn2Fe4, Mn2Fe簇均表现分子内反铁磁性交换作用。在多种不同的MnFe二核簇中，有些表现铁磁性耦合而有些则表现反铁磁性耦合。进一步的理论研究表明，耦合类型与分子内Mn-N-Ccyanide的角度存在相关性。对于3d/4f混金属簇合物，发现镧系金属单离子行为主导其最终磁学性质，同时自旋载体之间存在多种不同磁交换作用。就一维链状化合物而言，一维锯齿的MnFe链主要表现反铁磁性行为，而一维支状Mn2Fe2链则表现出铁磁性与反铁磁性共存行为，进一步理论分析也表明其与Mn-N-Ccyanide 键角的变化显著相关。详细测试了这些化合物的交流磁化率，结果显示NiLnM (M = Dy, Tb) 簇和支状Mn2Fe2链均表现显著的慢磁弛豫效应，表现单分子磁体和单链磁体行为。本项目为最终设计和合成具有优良磁性能的低维磁体奠定有价值的实验和理论基础。