近日，江西理工大學與西安交通大學的研究團隊攜手并進，在稀土單離子磁體領域取得了令人矚目的新突破。這一成果不僅標志著兩校在磁性材料研究領域合作深度的進一步拓展，也預示著稀土單離子磁體在信息技術、量子計算及新能源等多個領域的應用前景將更加廣闊。
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作為一類獨特的納米級磁性材料，單分子磁體的構成單元僅為單個分子或原子，卻能穩(wěn)定地維持自旋力矩與磁化取向。憑借這些非凡的物理與化學特性，單分子磁體在信息存儲的高密度化、量子計算的革新以及自旋電子學的進步等多個前沿領域，均展現出了誘人的應用潛力。它不僅為開發(fā)新型超高密度存儲材料提供了可能，而且每個分子都具備明確的組成與尺寸，這為科學研究與實際應用的深入探索提供了極大的便利。此外，通過化學手段對單分子磁體的構成與性質進行精準調控，有望進一步推動存儲密度的提升與計算速度的加快。然而，盡管單分子磁體在理論上擁有諸多優(yōu)勢，但其實際應用仍面臨諸多挑戰(zhàn)，特別是在常溫環(huán)境下的應用，受限于其需在低溫條件下才能發(fā)揮最佳性能。
因此，如何通過巧妙地設計配體類型，來精確調控分子的定向合成，從而實現對配合物磁學性能的精準調控，并深入探索配體基團與晶體場效應之間的微妙關系，對于推動單分子磁體的設計與合成具有至關重要的理論價值與實踐意義。
江西理工大學與西安交通大學的研究者們經過不懈的努力，成功設計并合成了三種創(chuàng)新的含有六氮雜席夫堿大環(huán)配體的鏑基配合物（1-3）。他們巧妙地在六氮雜席夫堿大環(huán)配體中引入了四個吸電子基（F原子）或給電子基（甲基），以此深入研究了取代基對配合物結構及其單分子磁性的影響。研究結果顯示，當在大環(huán)配體中引入吸電子基（F原子）時，得到了與配合物1結構相似的配合物2；而引入給電子基（甲基）后，則形成了具有獨特軸向單取代結構的配合物3。
三種含有六氮雜席夫堿大環(huán)配體的鏑基配合物（圖源：江西理工大學）
研究表明，在零直流場條件下，這三種配合物均展現出了單分子磁體特有的磁化慢弛豫行為，這充分證明了它們均為零場單分子磁體。在零直流場測試中，配合物1和2的各向異性能壘分別高達1092(6) K和946.1(7) K。進一步的研究發(fā)現，在施加1 kOe直流場后，雖然直流場的引入確實對部分L量子隧穿效應產生了抑制作用，但遺憾的是，配合物1和2的各向異性能壘并未因此得到顯著提升。這表明，在這兩種配合物中，量子隧穿并非決定能壘高低的主要因素。此外，通過測定三種配合物的磁滯回線，研究者還發(fā)現它們的阻塞溫度分別可以達到20K、10K和6K。配合物1和2之所以擁有較高的各向異性能壘，而配合物3則僅在基態(tài)表現出純的各向異性，這些發(fā)現為進一步優(yōu)化單分子磁體的性能提供了寶貴的線索與啟示。
該研究成果已以“Effect of Substituents in Equatorial Hexaazamacrocyclic Schiff Base Ligands on the Construction and Magnetism of PseudoD6hSingle-Ion Magnets”為題發(fā)表在無機化學領域權威期刊《Inorganic Chemistry》上。
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