配合物体系中自旋失措现象的相关研究

This project is mainly focused on the research of spin frustration. Spin frustration is defined here as the occurrence of competing exchange interactions of comparable magnitude that prevent (frustrate) the preferred spin alignments. As a result, a frozen disordered magnetic state is obtained below a critical temperature. When frustration originates purely from the geometry or topology of the lattice, it is termed geometric frustration. The corresponding compounds are called geometrically frustrated antiferromagnetic materials (GFAF) and can have exotic magnetic ground states.The most common structural features of such complexes are a triangular, square, or tetrahedral arrangement of spins interacting antiferromagnetically. Over the past decade, triangle-based frustrated chains, such as the sawtooth, corner-sharing triangular, zigzag, diamond, and orthogonal-dimer chains and the square-based frustrated spin-ladders, have been investigated both experimentally and theoretically. Moreover, Kagome lattice and "star" lattice have also been reported as examples of spin frustration. In this project, by choosing all kinds of spin carriers as V(IV),Fe(II),Mn(II),Cr(III),Ni(II),Cu(II) and Ln(III) ions, effective bridges, such as carboxylato,oxo,hydroxo,cyano,azido,oxalato/oxamato etc as well as secondary ligands with certain steric hindrance, multinuclear or multi-dimensional complexes with spin frustration behavior may be synthesized. The relationship between typical topologic structure, the competing exchange interactions and the spin frustration behavior will be investigated. Spin frustration is a basic work in molecular magnetism. This research will contribute to develop of the molecular magnetic material and benefit subjects as physics, chemistry and material science.

选择各种自旋载体（主要选用钒(IV)、铁(III)、锰（II）离子，适当选用铬(III)、镍(II)、铜(II)离子和4f区的稀土(III)离子）和有效桥基（主要选用各种羧酸桥，如取代苯甲酸、三唑甲酸等，辅以氧桥、三氰甲基阴离子、草胺酸、草酰胺等桥基），辅助配体主要选用具有一定空间位阻的配体，设计合成预期具有自旋失措行为的多核或多维配合物，为分子体系的自旋失措提供新的实例。并在此基础上研究特定拓扑结构和竞争的磁相互作用的大小与体系自旋失措行为之间的关系；以期对自旋失措形成的条件进行深入的了解。自旋失措体系的研究是分子磁学的一个基础的研究工作；该研究关系到新世纪先进材料（分子磁性材料）的研制，而它的设计策略和研究方法又与固体物理、理论物理、化学和材料科学相互交叉、渗透。立足于自旋失措的相关研究定会辐射和促进这些学科和相关高新技术的发展。

本项目选择各种自旋载体（主要选用钒(IV)、铁(III)、锰（II）离子，适当选用铬(III)、镍(II)、铜(II)离子和4f区的稀土(III)离子）和有效桥基（主要选用各种羧酸桥，如取代苯甲酸、三唑甲酸等，辅以氧桥、三氰甲基阴离子、草胺酸、草酰胺等桥基），辅助配体主要选用具有一定空间位阻的配体，设计合成了25个具有自旋失措行为的多核或多维配合物，为分子体系的自旋失措提供了许多新的实例。并在此基础上研究了特定拓扑结构和竞争的磁相互作用的大小与体系自旋失措行为之间的关系。围绕上述研究方向，取得了一系列新颖的研究成果。目前已在国内外主要学术刊物上发表论文22篇，其中SCI收录学术刊物上发表论文18篇，某些论文已在国际著名的学术刊物上发表（如Dalton Transactions、CrystEngComm等）。代表性的研究工作如：1、合成了三核Cr(III)配合物[Cr3O(HCO2)6(CH3OH)3]NO3•H2O•CH3OH，晶体结构解析表明三个 Cr(III)离子通过一个中心的氧离子桥连，形成了一个典型的平面三角形结构。甲酸根阴离子作为双齿配体桥连两个Cr(III)离子。磁性研究发现Cr(III)离子之间存在着较强的反铁磁相互作用，基态自旋S = 1/2。研究表明配合物呈现出正常的自旋失措行为。2、使用[Mn(dpop)(H2O)2]Cl2和 K4[Mo(CN)7]•2H2O 在不同的合成条件下得到了三个化合物。其中第三个配合物中同时包括两条MnII2MoIII异构体之字链结构。磁性研究表明 Mo(III)和Mn(II) 离子之间存在显著的反铁磁相互作用，配合物1和3均展现出了慢磁弛豫行为，能垒分别为69.5 K 和68.8 K。Mo(III)离子五角双锥结构中线形的轴向上的MoIII–CN–MnII部分提供了慢磁弛豫行为所需要的磁各向异性。