单分子自旋环体的构筑及性能研究

Single-molecule toroics (SMTs) are defined as bistable molecules with toroidal magnetic state, which seem to be most promising for future applications in quantum computing and information storage and used as multiferroic materials with magnetoelectric effect. At present, this emerging field is still in its early stage with imperfect theory and synthetic strategy. There are many challenges to face for constructing SMTs with strong toroidal moment. Therefore, we will specifically construct SMTs based on the recently researches with the aim to STMs with strong toroidal moment. We would like to establish the correlation between structure and toroidal moment, and ajust the coordination sphere of meltal centres, better understand the correlation between structure, mechanism, interaction and the properties, and set up a solid background for future synthesis of more new SMTs with strong toroidal moment. Ultimately, we will synthesis and study the molecule-based multiferroic materials.

单分子自旋环体是指具有环形磁基态的分子，它是公认的最有希望应用于量子计算和高密度信息存储的分子，是当前研究的热点之一。目前这一领域的研究还处于起步阶段，基础理论相对不完善，合成方法还带有一定的偶然性，制备具有强环形磁矩的单分子自旋环体仍然是一个挑战性课题。围绕这一主题，本项目组将针对性的开发和重新组装具有环形磁矩的Dy3单元，期望获得强环形磁矩的单分子自旋环体；深入探讨单分子自旋环体的结构与环形磁矩间的关系，调节自旋载体的配位环境，使其按预期结构和信息功能有效地组装；研究结构、机理以及分子内和分子间相互作用与性能的关系，从而有针对性地设计单分子自旋环体，进而合成并筛选有应用价值的强环形磁矩化合物，研制分子基多铁材料。

稀土离子具有较多的单电子、显著的各向异性，是设计单分子自旋环体的理想选择。然而，探索合成单分子自旋环体还带有一定的偶然性。阐明单分子自旋环体的结构-磁性质间的关系，从而更好地理解和调控其磁学行为，这是单分子自旋环体研究的挑战性课题。我们紧紧围绕本项目的目标，取得以下进展：.（a）研究了多齿配体构筑的平面四核稀土化合物的结构与磁学性质。化合物4表现了典型的单分子磁体行为，其双弛豫行为归因于单个Dy离子各向异性和离子间磁耦合作用共同的结果。.（b）研究了对称Schiff碱配体合成的双核稀土化合物的结构与磁学性质。发现相比于syn-syn η1:η1-µ2羧基桥连的两个Dy离子，醇羟基桥连的两个Dy离子间具有较大的磁相互作用。.（c）研究了对称酰胺配体合成的手性四面体构型稀土化合物的结构与磁性质。发现获得配位诱导的手性化合物的一个重要因素是设计特定的配体。化合物8和9都未出现磁化强度慢弛豫现象。原因在于7配位的单帽八面体构型不适合Dy3+和Er3+离子产生强的各向异性轴。同时，接近正四面体核心结构也会抵消可能存在的磁各向异性。.（d）研究了配体结构的微调对单分子磁体行为和单分子自旋环体性质的影响。由于配体经过甲基修饰，Dy离子的配位构型（尤其是Dy6离子）以及离子间磁相互作用都发生改变。化合物10 表现的SMM行为，伴随着明显的磁化强度量子遂穿行为；表现的SMT行为，但具有很大传统磁矩。这一工作说明通过微调配体结构进而改变配合物中离子的配位构型，从而研究单分子自旋环体的结构-磁性质间关系，这是一种有效方式。.（e）研究了抗衡离子对镧系配合物磁性质的影响。发现外围Dy/Er与六个SCN-共配体配位，形成电荷抗衡离子，这将直接影响复合物的磁学性质。.（f）研究了配体结构的微调对Dy3化合物的单分子磁体行为和单分子自旋环体性质的影响。.这些研究使我们能更好的掌握单分子磁体及单分子自旋环体的结构与性质间的关系，为单分子磁体及单分子自旋环体的设计提供理论基础。