王新益課題組在單鏈磁體領(lǐng)域取得新進(jìn)展
我院王新益課題組在單鏈磁體領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)成果近期以“Enhanced Single-Chain Magnet Behavior via Anisotropic Exchange in a Cyano-Bridged MoIII-MnII Chain”為題在德國(guó)應(yīng)用化學(xué)上在線發(fā)表（Angew. Chem. Int. Ed.,2020, DOI: 10.1002/anie.202001706），論文第一作者為南京大學(xué)博士生史樂(lè)。
自從在一維體系觀察到緩慢的磁馳豫以來(lái)，單鏈磁體（Single-Chain Magnets, SCMs）成為繼單分子磁體（Single Molecule Magnets，SMMs）之后分子磁性領(lǐng)域的又一重大突破。與單分子磁體不同，單鏈磁體的自旋翻轉(zhuǎn)能壘不僅來(lái)自磁性離子或磁性團(tuán)簇的磁各向異性，還取決于鏈內(nèi)磁性單元之間的磁交換作用。因此，增強(qiáng)鏈內(nèi)自旋載體的磁耦合可以顯著的提高單鏈磁體的馳豫能壘。理論研究表明，五角雙錐的[Mo(CN)7]4-構(gòu)筑塊中的MoIII具有極強(qiáng)的磁各向異性，其與其它金屬之間的各向異性磁交換非常有利于構(gòu)筑高能壘的單鏈磁體。
圖1 單鏈磁體的晶體結(jié)構(gòu)（a）及磁學(xué)性質(zhì)（b-d）
基于課題組前期在[Mo(CN)7]4-單分子磁體的研究基礎(chǔ)上（J. Am. Chem. Soc.,2013, 135, 13302-13305；J. Am. Chem. Soc.,2017, 139, 11714-11717），王新益課題組通過(guò)配體設(shè)計(jì)構(gòu)筑了一列新穎的MnII-[Mo(CN)7]4-一維鏈（圖1a）。研究發(fā)現(xiàn)該鏈狀結(jié)構(gòu)可看作由Mn2Mo單分子磁體通過(guò)氰根基團(tuán)連接而成。直流磁化率和交流磁化率測(cè)量表明該化合物具有單鏈磁體的特征，其自旋翻轉(zhuǎn)能壘達(dá)到178K，高于大部分單鏈磁體的馳豫能壘。在2.0 K時(shí)，單鏈磁體的矯頑場(chǎng)達(dá)到15000 Oe，并呈現(xiàn)出源于量子隧穿的臺(tái)階狀磁滯回線，磁滯回線開(kāi)口維持在5.2 K左右。
由于低自旋的MoIII（S = 1/2）和MnII離子具有非常小的零場(chǎng)分裂能，該單鏈磁體的磁各向異性主要源于MoIII-MnII之間的各向異性磁交換，與其它單鏈磁體存在明顯的差異。結(jié)合著早期報(bào)道的[Mo(CN)7]4-橋連的單分子磁體，這些研究成果進(jìn)一步表明各向異性磁交換在構(gòu)筑高各向異性和阻塞溫度的分子納米磁體方面具有很大的潛力，從而提供了構(gòu)筑分子納米磁體的新策略。
本研究是和美國(guó)德州農(nóng)工大學(xué)的Kim R Dunbar教授合作完成。配位化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的趙越老師和王天維老師在晶體解析和磁性測(cè)量方面提供了幫助。該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
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