稀土单分子磁体的研究进展

在信息存储和量子计算方面具有广阔应用前景的单分子磁体及相关研究中,应用各向异性显著的稀土离子以期提高单分子磁体自旋翻转能垒的研究倍受关注。 本文综述了稀土单分子磁体的研究进展,并着重介绍了单核、三核及四核镝配合物单分子磁体的磁学性质。     

分子磁性材料及其研究进展

对分子磁性材料的一些基本概念和磁学现象作了简单介绍,主要包括磁耦合、磁有序、磁弛豫和自旋交叉等几个方面。重点综述了单分子磁体、单链磁体、自旋交叉化合物、多功能复合磁体以及磁性分子组装领域的研究进展。     

稀土单分子磁体研究进展

单分子磁体是一类纳米尺度的磁性材料,在高密度信息存储、量子比特和自旋电子器件等方面具有潜在的应用价值而备受关注.由于稀土离子具有大的磁矩和强的磁各向异性,稀土离子在高性能单分子磁体构筑方面有过渡金属离子不可比拟的优势.近年来,以单核和双核稀土单分子磁体为代表的稀土单分子磁体的研究取得了长足的进展,尤其是突破了以液氮沸点...     

单分子磁体及其磁学表征*

单分子磁体是介于分子基磁体和纳米磁性材料的学科交叉点.对其不同寻常磁特性的研究不仅有助于纳米磁性离子物理学和化学的发展,而且有望最终用于高密度信息储存设备.本文就单分子磁体的研究背景和意义、单分子磁体的种类、结构及磁学表征作一概述.     

锕系单分子磁体研究进展

单分子磁体是一类由单个分子组成的磁性材料,其磁性起源于单个分子的磁矩,有望在超高密度存储、量子计算机、自旋电子学等领域得到应用.由于锕系元素极大的旋轨耦合效应及5f轨道的延展性,锕系单分子磁体越来越受到人们的关注,期待未来磁学性能甚至能超越过渡及镧系金属.然而,目前对于锕系单分子磁体的弛豫机理及慢磁行为的影响因素仍尚未明确.本综述总结了近10多年以来报道的锕系单分子磁体,发现有效能垒的实验值和理论值极不相符,一定程度限制了锕系单分子磁体的发展.最后,对未来的锕系单分子磁体研究方向进行了展望.     

富有“磁力”的稀土元素——钕、钐、钆、镝、铒等元素的磁性质在生产、生活和研究中的应用

简要介绍了稀土元素的电子结构特点，并以稀土永磁体、稀土单离子磁体、稀土磁共振造影剂和稀土分子量子比特等主题为例，介绍了部分稀土元素在和磁性质相关的生产和研究中的应用。     

3d-4f单分子磁体*

单分子磁体是指那些在磁场下能够被磁化,当磁场去除后仍能保持磁性的单个分子。由于在信息处理和储存方面具有潜在的广泛应用前景,单分子磁体日益成为化学、材料科学和物理等学科的研究热点。近年来,同时含有镧系金属离子和过渡金属离子的3d-4f单分子磁体更是引起了很多研究者的兴趣。本文阐述了3d-4f单分子磁体的优势,总结了3d-4f单分子磁体的常见合成方法及其磁性,分析了影响3d-4f单分子磁体磁性的因素。     

单离子磁体及其磁弛豫动力学的研究进展

单分子磁体因其在高密度信息存储、自旋电子学以及量子计算方面有潜在的应用价值而被广泛关注。单离子磁体是具有单个金属自旋中心的单分子磁体,其特点是结构简单、可设计性强和磁构关系更易研究。本文介绍了近年来典型的单离子磁体及其磁弛豫动力学的研究进展。     

环形镧系分子簇合物的组装与单分子磁体性质

由于稀土离子具有很强的磁各向异性,近年来基于单核或多核稀土化合物的单分子磁体研究得到了人们广泛的关注.环形簇合物是一类特殊的簇合物,也称分子轮或金属冠醚.设计合成环形稀土簇合物不仅可以获得新的稀土单分子磁体,而且环形簇合物中稀土离子磁偶极的涡旋分布还可以产生环形磁矩,因而在量子计算、信息存储、自旋分子器件等方面具有潜在的应用.鉴于环形稀土簇合物特别是含奇数核的环形簇合物的合成依然充满挑战,本综述将着重阐述已报道的环形稀土簇合物的组装规律、结构特点及磁性研究.     

多酸构筑的单分子磁体

设计合成具有单分子磁体行为的分子磁性材料近年来受到广泛关注. 合成单分子磁体的一个常用策略是利用有机多齿含氧或含氮配体将各种自旋载体组装成簇,使之具有高基态自旋值(S)和负的单轴磁各向异性值(D),进而满足形成单分子磁体所需的磁能垒. 令人感兴趣的是近年来多酸发展成为一类构筑新型单分子磁体的无机建筑基元. 多酸是一类独特的具有富氧表面、可控的尺寸、形状和电荷的无机纳米级金属氧簇,同时,一系列缺位多酸衍生物能够结合各种过渡金属或稀土离子形成多核金属簇合物. 近五年来,多酸已作为一类无机多齿含氧配体成功构筑系列具有单分子磁体行为的新型过渡金属簇合物、稀土簇合物和3d-4f杂金属簇合物. 特别是一些缺位多酸配体能够为稀土离子提供完美的配体场,进而构筑新一代的单离子磁体. 此外,高自旋、磁各向异性单元(如单分子磁体)还可被均匀分散在具有孔道特征的多酸三级结构中,形成具有单分子磁体行为的多酸基复合材料. 最近,以多酸为模板构筑具有单分子磁体行为的多核簇合物也取得了新进展. 本综述旨在对近五年来利用多酸构筑的单分子磁体化合物进行评论,重点阐述利用多酸设计合成单分子磁体的策略、多酸在单分子磁体化合物结构中的作用和优势,以及多酸构筑单分子磁体这一研究课题的发展前景.     

分子纳米磁体的研究进展及应用

分子磁学主要研究无机配合物以及有机自由基的电子结构和磁性之间的关系。近些年发展起来的分子纳米磁体可以在单分子尺度上实现磁双稳态,独立作为一个磁功能单元,可能突破尺寸对传统磁性材料的制约,有望实现超高密度磁存储。分子纳米磁体中清晰的量子态也为量子退相干研究提供了化学调控的手段,这将为量子计算机提供物质基础。本文简要介绍了分子纳米磁体的概念和特征,并对研究进展进行了简要综述。     

稀土单分子磁体

单分子磁体因其磁性双稳态和慢弛豫机制而在超高密度存储材料、自旋电子器件等领域具有潜在的应用. 稀土单分子磁体因为具有较大的磁矩和磁各向异性而成为近年来研究的热点话题. 目前有关稀土单分子磁体的综述都主要集中在它们的合成、结构及磁性能, 而在其它性质方面缺少深入而系统的研究. 因此, 本论文结合现有的研究成果, 围绕稀土单分子磁体的高翻转能垒、复杂的多弛豫机制、可调控的磁性以及多功能材料的四个特点进行了综述, 旨在更好的理解稀土单分子磁体的物理、化学本质, 为稀土单分子磁体的设计与调控提供思路.     

高配位3d过渡金属单离子磁体磁各向异性研究

单离子磁体(SIMs)因其磁性双稳态和慢弛豫机制而在高密度信息存储、量子计算和分子自旋电子学等方面具有潜在的应用价值。其中3d过渡金属单离子磁体(3d?SIMs)磁构关系较为简单且易于分析,因此得到了众多研究者的关注。目前文献上报道的大多数3d?SIMs通常具有较低的配位数,而对于高配位(七配位和八配位)的3d?SIMs缺少深入而系统的研究。我们结合近年来的研究成果,从磁各向异性的基本性质、实验表征和理论计算3个方面出发,对高配位3d过渡金属单离子磁体的配位环境、磁各向异性和慢磁弛豫行为进行了综述,分析了配位构型和配位原子等配位环境对高配位3d过渡金属单离子磁体磁各向异性的影响,为高配位3d过渡金属单分子磁体的设计与调控提供思路。     

单链磁体及其研究进展

单链磁体是继单分子磁体之后分子磁学领域的又一前沿课题。对其磁特性的研究不论是在基础理论方面还是在实际应用方面都具有非常重大的意义。本文较全面地介绍了现有单链磁体的种类、结构、磁学研究方法,并对其研究方向进行了展望。     

轴向卤离子配位调控金属冠醚铽(III)配合物的慢磁弛豫行为

以金属冠醚[15-MC_Ni（II）-5]和卤素离子分别作为Tb（III）在赤道平面和轴向上的配体,成功地组装了三例混合过渡金属-稀土配合物{TbNi₅X₂}（X=F,Cl,Br）,其中TbNi₅F₂为首例双氟端基配位的稀土配合物.X射线单晶衍射分析结果表明,配合物中Tb（III）离子采用具有高轴次对称性的五角双锥（D_5h）配位方式,表明利用金属冠醚策略可以定向构筑含五角双锥稀土基元的混合过渡金属-稀土配合物.交流磁化率的测试结果表明,Tb（III）轴向的电荷分布对配合物的慢磁弛豫行为有着重要的影响.依次削弱轴向配体X^-的电负性,在1 kOe外场下{TbNi₅F₂}和{TbNi₅Cl₂}分别表现出场诱导的单分子磁体和弱的慢磁弛豫行为,而{TbNi₅Br₂}则由于快速的磁量子隧穿而不表现出慢的磁弛豫行为.     

1⁃苯基⁃3⁃甲基⁃4⁃苯甲酰基⁃5⁃吡唑啉酮镝(Ⅲ)配合物的晶体结构、磁性及理论分析

采用缓慢挥发法合成了一例单核镝配合物[Dy(pmbp)3(H2O)2]·CH3CN(1),(Hpmbp=1?苯基?3?甲基?4?苯甲酰基?5?吡唑啉酮)。单晶X射线衍射数据表明镝离子与3个pmbp-配体和2个H2O分子配位,形成八配位的扭曲四方反棱柱构型。磁性测试表明配合物1在加场下可以表现出慢的磁弛豫行为,其有效能垒为42 K。通过理论计算得出了配合物1的磁易轴方向,并解释了其磁学性能。磁构关系研究分析了pmbp-配体的共轭效应对配合物1磁各向异性的影响。     

第一过渡系金属-镝单分子磁体研究进展与展望

第一过渡系中的顺磁性离子Cr^Ⅲ、Mn^Ⅱ/Mn^Ⅲ、Fe^Ⅱ/Fe^Ⅲ、Co^Ⅱ、Ni^Ⅱ和Cu^Ⅱ及抗磁性离子Co^Ⅲ和Zn^Ⅱ均可与Dy^Ⅲ在多齿螯合配体配位下形成单分子磁体配合物。在本文中,我们阐述或汇总了几乎所有的第一过渡系金属-镝单分子磁体。对于由顺磁性第一过渡金属离子和Dy^Ⅲ离子形成的配合物,有2个有趣的现象需要引起人们的注意：一是一些Cr-Dy配合物具有较高的阻塞温度和较大的矫顽场,这可归功于配合物内Cr^Ⅲ离子和Dy^Ⅲ离子之间较强的磁耦合作用（|J|>10 cm^-1）。二是报道的Fe^Ⅱ₂-Dy配合物的能垒可达到319 cm^-1（459 K）,这在第一过渡系金属-镝单分子磁体中也是比较高的。这可能与Fe^Ⅱ₂-Dy中Dy^Ⅲ具有较高的轴向对称性（D_5h）有关,且从头计算表明该配合物中Dy的第一激发态也具有较高的轴向对称性。除了部分Cr-Dy和Fe^Ⅱ-Dy配合物外,其他顺磁性第一过渡金属-Dy的能垒较低,这可能由配合物内顺磁离子间弱的磁耦合造成的。为了消除磁耦合对磁弛豫行为影响,近年来人们关注于使用抗磁性第一过渡金属离子与Dy^Ⅲ构建单分子磁体配合物。相比其他核数的Zn-Dy配合物,三核Zn₂Dy配合物被报道的数目最多且研究得最为深入,这可能与较易调控Zn₂Dy中Dy配位几何对称性有关。最后,我们提出了几点关于进一步提升第一过渡系金属-镝单分子磁体的磁性能的建议,其中最为重要的是控制Dy配位几何的轴向对称性及Dy的基态m_J的电荷分布。对于第一过渡系金属-镝单分子磁体中的Dy^Ⅲ离子,Dy^Ⅲ基态m_J的电荷与配体的电荷之间的静电排斥应该降到最低。     

空气稳定的高性能大环镝单离子磁体

设计、合成空气稳定的高性能单分子磁体对实现单分子磁体在高密度信息存储、量子计算和分子自旋器件等方面的应用具有非常重要的意义。本文以镝离子为模板,通过N,N’-二(2-氨乙基)-1,3-丙二胺与2,6-二乙酰基吡啶原位缩合构筑了一个空气稳定的五角双锥构型的大环镝单离子磁体。单晶X射线衍射表明,镝离子处于赤道大环内部,其轴向位置被2个三苯基硅醇氧负离子占据,抗衡离子为四苯基硼负离子。静态磁性测试表明室温时该化合物的χ_MT值为13.96 cm³·K/mol,接近单个自由镝离子的理论χ_MT值14.17 cm³·K/mol,动态磁性测试表明,该化合物在零场下具有典型的单分子磁体行为,各向异性能垒高达1008 K。磁构关系研究表明,其优异的单分子磁体性能主要源于镝离子D_5h的局部对称性和三苯基硅醇氧负离子提供的强轴向型晶体场。另外,该化合物在空气中十分稳定,热重分析结果表明,其热分解温度高达297℃,为实现单分子磁体在导电基质表面的沉积打下基础。     

磁性分子自旋态检测与调控的STM研究

单分子自旋态检测与可逆调控是目前物理、化学及信息技术等领域的研究热点．本文综述了扫描隧道显微镜在该领域的研究进展,着重论述了酞菁类磁性分子在金属单晶表面或绝缘层薄膜上磁性的检测;自旋交叉配合物分子自旋双稳态的检测与可逆调控;单分子磁体的表面制备及输运性质的检测．     

单分子磁环最新进展及研究展望

与单分子磁体的定义(SMMs)相类似,单分子磁环(SMTs)定义为具有环形磁双稳态的一类分子。该类配合物的特征在于弱耦合磁矩的"涡旋"空间分布导致总磁矩为零,但是分子仍具有环形磁矩。单分子磁环为量子计算和信息存储提供了广阔的应用前景,也可以作为具有磁电耦合效应的多铁材料。自从在[Dy3]分子中首次观察到典型的单分子磁环行为以来,研究人员在合成单分子磁环方面做出了巨大的努力,致力于合成具有环形磁矩的分子以及设法将环形磁矩增强。本文将对近年报道的新兴单分子磁环配合物进行详细地分析讨论,旨在阐明影响环形磁矩排列的因素以及单分子磁环配合物的综合设计策略,指导探索合成具有增强环形磁矩的单分子磁环配合物。