非共线单链磁体及其多功能材料的合成、结构与性能研究

Single-chain magnet (SCM) is one of the current hot topics in the field of molecular magnets, due to its potential application in high-density storage. One of the key issues for constructing SCM is to reduce the interchain magnetic interactions, preventing the long-range magnetic ordering. Some strategies have been proposed for reducing the interchain magnetic exchange interactions, however, no strategy is proposed for reducing interchain magnetic dipolar interactions. Base on our previous investigations on some non-collinear SCMs, in which the easy axes of magnetic units are not parallel with each other but form a canting angle, we believe that, the spin-canting angle would serve as a key factor for controlling the interchain magnetic dipolar interaction. In addition, combining other functionalities and SCMs behaviors may improve performance of SCMs, leading to the coupling of other functionalities with magnetism. In this project, we will focus on the construction and modulation of non-collinear single-chain magnets, by using magnetic anisotropic units and bridging ligands, whose side groups work for modulation of spin canting angle, in order to understand the influence of canting angle on the interchain magnetic interactions. Furthermore, we will explore the method to combine SCMs with other functionalities, i.e. micro-porosity, molecular polarization, etc., in order to obtain new SCMs-based multifunctional materials.

单链磁体因其在高密度信息储存上具有潜在应用而成为当前分子磁体研究领域的热点与前沿。如何减弱链间磁相互作用以避免长程磁有序态是定向构筑单链磁体的关键之一。目前国际上已有一些针对链间超交换作用的调控策略，但尚无针对链间磁偶极作用的系统调控方法。基于对自旋易轴方向非共线排列的一维磁体系的前期研究工作，我们认为，自旋倾斜角有望用于调控链间磁偶极作用，非常值得探讨。此外，将其它功能（如手性、微孔、铁电极化等）引入单链磁体中，可扩展单链磁体的性能并可能产生其它功能与磁性的耦合。本项目拟通过合理选择磁各向异性构筑单元与桥联配体合成系列非共线单链磁体，使用不同种类、大小、形状和取向的桥联配体侧基，调控其链内自旋倾斜角，进而系统研究自旋倾斜角对链内驰豫动力学及链间磁偶极作用的影响及其调控方法。在此基础上，通过向单链磁体中引入手性、微孔、分子极化等特性，进一步探索基于单链磁体的新型多功能分子材料。

单链磁体为主的低维分子磁体以及磁电复合多功能材料是当前分子磁性材料的研究前沿。本项目围绕着非共线单链磁体的定向构筑以及新型磁电多功能材料的构筑探索开展系列研究工作：利用含碱基基元的羧酸配体与Mn-salen双核单元组装非共线单链磁体、叠氮与羧酸混合桥联的一维倾斜反铁磁性链的构筑与慢驰豫行为、以及新型磁电复合多功能材料的探索与构筑。通过合理选择金属基元与有机配体，完成了多例非共线单链磁体的构筑以及磁学性质的研究，探索了自旋倾斜角对链内驰豫动力学及链间磁偶极作用的影响及其调控方法；另外，合成并研究了多例基于结构相变的功能响应材料，包括一例兼备铁弹、弹电和铁磁有序转变的多铁化合物，为进一步探索磁电多功能材料提供重要参考。项目执行期间，部分研究成果已整理，并在包括Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.和J. Mater. Chem. C等重要国际学术期刊上发表SCI论文12篇，申请中国发明专利1项；项目执行期间，培养了博士生1名，硕士生4名。