低维磁性晶体的构筑和性质研究

低维磁性体系中经常存在着较强的量子涨落和各种相互作用及其相互竞争，会导致许多新奇的物理现象，使它们在量子信息存储、量子计算等领域具有广阔的应用前景，其研究已成为凝聚态物理和材料科学等学科的重要前沿交叉领域。本项目将开展三个方面的研究：1）采用不同的方法与途径构筑单分子或单链磁体体系，研究它们在表面上形成二维有序分子晶体的磁性和输运性质，并与三维晶体的磁性质进行比较研究，为发展基于磁性分子的自旋电子学奠定一定基础；2）设计构筑若干类典型的低维磁性系统，深入研究其磁化过程、低能激发特征、基态性质、不同相互作用的竞争等特性，从理论上探究新奇现象内在的物理规律，对实验结果给予理论诠释，推动低维量子磁性的研究；3）设计并制备具有多功能性质的异质复合磁性晶体，探讨异质结构的成核与生长机理，建立低维结构的形貌与界面能、耦合作用与物理性质的关系，进而指导功能导向的异质复合晶体的有效设计与开发。

本项目在执行期间开展了三个方面的研究并取得了系列重要的研究成果：1）采用不同的方法与途径构筑以稀土金属和过渡金属为磁性中心的单离子磁体、单分子磁体和单链磁体，研究它们显示的慢磁弛豫现象的机制和来源；发展了两种新型的稀土单离子磁体，基于beta –双酮的单离子磁体和具有三明治结构的金属有机单离子磁体，使稀土单离子磁体研究成为该领域的研究热点。在此基础上，设计合成了系列具有良好热稳定性的稀土单离子磁体，为发展基于磁性分子的自旋电子学奠定一定基础；2）在量子多体关联系统热力学性质计算方法和理论及其应用等研究方面取得多项研究进展。基于张量网络态，提出了线性张量重正化群(LTRG)方法、超正交化张量网络最优化抽取方法(ODTNS)、网络收缩动力学(NCD)理论及其实现该理论的虚时扫描算法。这些方法具有很高的计算精度和很好的灵活性与可扩展性，易于编程，计算量相对较小，没有量子蒙卡算法遇到的“负符号”问题，在一系列低维（一维、准一维和二维）自旋关联系统中得到了很好的应用，取得了一批有意义的物理结果，推动低维量子磁性的研究；3）设计并制备具了有多功能性质的异质复合磁性晶体，单畴SmCo5@Co交换耦合磁体，具有磁热疗功能的Fe3O4多功能探针，探讨了异质结构的成核与生长机理，研究了低维结构的形貌与界面能、耦合作用与物理性质的关系，对功能导向的异质复合晶体的有效设计与开发具有很重要的借鉴意义。