单分子磁体的研究进展

格式：doc
大小：289.50 KB
文档页数：9

下载文档原格式

有机高分子磁性材料研究综述

有机磁性材料研究综述摘要:有机磁性材料是最近二十多年发展起来的新型的功能材料,因为其结构的多样性,可用化学方法合成,相比传统磁性材料具有比重低、可塑性强等等优点，因此在新型功能材料方面有着广阔的应用前景。

本文综述了高分子有机磁性化合物的发展和研究近况，及其有机高分子磁性材料的分类及其应用前景。

关键词：有机磁性材料结构型复合型Review on the research of organic magnetic material Abstract: organic magnetic material is a new functional material in recent twenty years, because of the diversity of its structure, synthetized by chemical method , compared with the traditional magnetic materials with a low specific gravity, high plasticity, and so on, so it has a broad application prospect in the new functional materials.This paper reviews the development and research status of high polymer organic magnetic materials’compounds, classification and its application prospect.Key word: organic magnetic material intrinsic complex一、简介历史上记载的人类对磁性材料的最早应用是中国人利用磁石能够指示南北方向的特性,将天然磁石制成的司南,这一发明对航海业的发展有着重要的推动作用。

分子磁体中的量子隧穿及宏观量子效应

磁滞回线量子化台阶可由 2+)# 分子自旋态之间的热助量子隧穿解释( 2+)# 有极强的单轴各向异性，无外场时，每个 2+)# 分子都有一双重简并基态（ # : < )$ ）对应自旋平行和反平行于易轴取向( 两简并基态被各向异性势垒分离，是宏观可区分态( 外加磁场使一态能量升高另一态降低，低温下弛豫过
#! 分子磁体中的宏观量子效应及实验
图 #! 2+)# 分子团簇的低温磁滞回线（ "$ 表示外磁场）
! ( "# 磁滞回线量子化台阶 )334 年， " 个实验组分别在高自旋大分子醋酸锰（简称 2+)# ，分子结构如图 ) 所示）的低温磁滞回
［ )4 —)3 ］线上观测到有规律的量子化台阶 ( 图# 是［ )3 ］ -56,78 等人的实验结果 ( 在磁场增加方向相等
图 =" 6-7 分子团簇结构示意图［摘自 FFF. GHB. $H& C I)##-(’% C J$K-GI-H， 0111 ］
2880 年， L$BB 等人根据自旋相干态路径积分的观点指出，几何位相的存在导致磁体总自旋为半整数时隧穿劈裂淬灭，这一现象可用 4H+G-H 简并解
［ 03 ］释 . 后来 M+H& 在分析隧穿路径位相相干的基础
密顿量描述，即 + $ , % +-# +# " ) . ,& -/ ，（0）其中各向异性常数均为正值，且 , % K , & 3 若不存在量子隧穿，则磁化矢量沿 / * 取向是两宏观稳定态，即宏观简并基态，记为 ’ 〉， (〉 3 磁化矢量（宏观量）的量子隧穿导致两简并宏观态相干关联，能级分裂3 结果是 0 ）， # 9 〉 $ （ ’〉. (〉 # ! 0 ），（#） # E 〉 $ （ ’〉& (〉 # ! 其中偶态 # 9 〉能量较低，是磁体的基态，而奇态是第一激发态3 # 9 〉， #E 〉是宏观量子叠加态， #E 〉即薛定谔猫态的相干叠加3 解含时薛定谔方程容易发现，分子磁体磁化矢量在两易磁化方向（宏观简 ! 3 "# 磁弛豫实验纳米铁磁颗粒的低温弛豫反常是最早确认的宏观量子效应实验3 044# 年， 5+*1+*+ 小组研究了铁磁颗粒（ 61$3 7 89$3 7 :9# ）（平均尺寸为 07,; ）中的弛豫

配位化学

氮氧自由基-------金属配合物磁性分子材料摘要氮氧自由基2金属配合物的合成和功能性研究,已成为分子磁性材料的一个热点课题。

本文主要介绍了近年来氮氧自由基2金属配合物型分子基磁体、单分子磁体、单链磁体、分子自旋转换配合物等的最新研究成果,并就这一领域的发展前景做一展望。

关键词氮氧自由基分子基磁体单分子磁体单链磁体分子自旋转换配合物引言氮氧自由基2金属配合物型分子磁性材料的研究最早开始于1989 年Gatteschi 等有关分子基磁体的工作[1 ,2 ] 。

氮氧自由基是指含有N —O键的有机自由基,其最显著的特点是有一个未成对电子在π3 轨道上,单电子在氮原子和氧原子上均有分布。

目前被广泛使用的是自由基及其对应的还原型自由基在NITR 自由基中,单电子平均分配于共轭的两个氮氧基团上,两个氧原子均可与金属配位。

变换R 基团,可以得到结构、组成及配位能力不同的氮氧自由基。

IMR 是NITR 的还原产物,其咪唑啉环上的氮和氮氧基上的氧均可与金属配位。

这些自由基配体可以利用其自身的多个配位原子,以多种方式与金属离子成键。

如作为单齿配体与一个金属离子成键;作为螯合配体与一个金属离子成键;作为双齿配体与两个金属离子成键;作为桥连配体与更多的金属离子成键。

氮氧自由基由于其组成、结构及组装方式等的多样性,成为组装磁性分子材料的有效构件,为分子磁性材料的合成及偶合机制的阐明提供了异常丰富的内容和途径。

回顾磁性分子材料的研究历程,二十多年来其主要的研究思路围绕在将磁性单元连接成三维网络结构,增强自旋载体间的铁磁偶合作用,合成具有高磁相变温度( TC) 的分子基磁体。

但近几年来,具有磁化强度弛豫作用的磁性纳米体系成为分子磁学领域的最新课题。

这类材料虽然没有经典磁体的长程有序,但其整体磁化强度在低温下衰减非常慢,能够显示出类似于宏观磁体的特性(如磁化强度的缓慢弛豫以及磁滞回线) 。

单分子磁体(SMM) 和单链磁体(SCM) 的研究都是围绕这种磁化强度的弛豫作用展开的,这些新型磁体有可能使信息存储密度的极限———分子基的信息存储和量子计算得以实现[3 ] 。

陶军研究方向简介

._
TCNQ
._
TCNQ
._
TCNQ
._
TCNQ
._
TCNQ
._
TCNQ
._
TCNQ
._
TCNQ
._
TCNQ
._
TCNQ
._
TNQ
._
TCNQ
._ TCN.Q_
TCNQ
图七
过渡金属簇配合物往往具有丰富多彩的结构特征和磁学性质，如轮状的 84 核锰、24 核镍、18
核铁和 12 核钴等等。但是这类簇合物的磁性耦合机理与结构的关系非常复杂，有鉴于此，我们尝试
图三
我们最近报道了一个以三棱柱和八面体为基元的 NiAs 型拓扑结构的铁自旋交叉化合物(图四， Chem. Commun., 2008, 1753–1755)，通过理论计算、变温结构测定和 Mössbauer 谱证实了变温磁化率所预示的 Fe2+的高低自旋转变行为，并且发现铁的高低自旋转变温度随着压力的增加向高温区移动，这是因为压力可以改变配位场强度，使体系更有利于稳定在低自旋态。
0.8 100 120 140 160 180 200 220 240 T/K
图二
2 自旋交叉(spin crossover)化合物的合成与性质调控
自旋交叉是指在第一过渡系金属离子的价电子构型为 d4-d7 的分子中，金属离子的高低自旋态发生相互转变的现象。以+2 价 Fe 离子的化合物为例(图三)，当 Fe 离子的配位原子为 N 原子时，Fe2+ 的 d6 电子构型有两种可能性：t2g4eg2 和 t2g6eg0。在一定的条件下，这两种自旋状态可以互变，从而导致磁性、分子结构参数的改变。这样的条件包括热、光、压力、溶剂等等。我们可以把自旋交叉化合物看成是电子双稳态分子材料，和价态异构化合物一样在信息存储、分子开关等方面有潜在的应用前景。

用稀土钕铁硼强磁生物效应创新消化外科修复重建技术的-中华医学会

中华医学科技奖形式审查结果公布年份2018推荐奖种医学科学技术奖项目名称用稀土钕铁硼强磁生物效应创新消化外科修复重建技术的系列研究推荐单位推荐单位：陕西省医学会推荐意见：消化道局部切除后吻合重建是外科基本要求，用无缝线、非钉合方式实现重建是极具挑战的世界性难题。

在国家自然科学基金重点、面上项目及省部级科研项目的资助下，秉承医工结合理念，本项目深入研究稀土金属钕铁硼强磁生物力学和组织效应，发明并制成安全特效的吻合器械，革新了复杂疑难消化道疾病外科治疗中的修复重建模式。

总体获得三大方面科学发现和技术突破：（1）国内首创磁力压榨微创消化道管腔再通或修复技术，为部分复杂疑难病症创立了理想的微创治疗方法。

（2）国际首创磁压榨胆肠、胰肠安全高效重建技术和磁吻合大血管快速重建技术，减少了手术创伤和并发症的发生。

（3）系统研究了单分子磁体磁学特性；用功能性磁性水凝胶细胞培养和人工组织修复模型研究了磁生物效应及相关机理；揭示了静磁场的肿瘤抑制效应及其可能机制；在国际上首次建立了烧结型稀土金属钕铁硼人体消化道短期植入无害化表面改性技术方案；根据临床需求用物理场有限元分析方法模拟优化磁路设计，发明制作了多种磁吻合器械；项目授权国家发明专利10项，发表SCI收录论文20篇，参加国内外会议18人次。

国内外专家评价该技术高度原创、临床应用优势明显，甚至在某些疾病治疗中具有不可替代性，对推进疾病治疗的微创化和实现快速康复外科具有重要意义。

项目诞生了一系列国内外首创性研究成果，总体水平达到国际先进水平。

拟推荐该项目参评2018年中华医学科技奖一等奖。

项目简介炎症、损伤、肿瘤、狭窄、梗阻、结石及先天畸形是消化道疾病最常见的临床病理表现，去除病变、消除梗阻、重建消化道连续性或者器官的有效血供是外科手术的基本要求。

磁力吻合是利用“非接触性磁场力”对磁体间组织进行压榨，使其发生“缺血-坏死-脱落”，而压榨旁组织则发生“黏连-修复-愈合”，可完成复杂重建任务，因其兼具高效和高质双重优点而成为潜在“智慧吻合”方式备受青睐，成为医工结合前沿尖端科技创新领域重点关注的热点和焦点。

NdFeB_永磁体力学性能研究进展

NdFeB永磁体力学性能研究进展1.引言烧结钕铁硼（Nd-Fe-B）是第三代稀土永磁材料[1]，由元素Nd、Fe、B组成，化学分子式为Nd2Fe14B，1984年Sagawa[2]等人通过粉末冶金技术，首次制备出了烧结钕铁硼永磁合金[3]。

与其他磁性材料相比，烧结钕铁硼永磁合金具有高内禀矫顽力、高剩磁和高磁能积等特点，其最大磁能积的理论值高达518 kJ/m3 （64MGoe）[4]。

自钕铁硼发现以来，因其具有优异的磁性能而被广泛应用于计算机、通讯、医疗、机械、航空航天以及国防军工等多个行业领域[5]。

在传统的计算机及电子技术领域，烧结钕铁硼稀土永磁材料制作的器件基本上不承受冲击力作用[6]，人们关注的重点主要集中在其较好的电磁学性能以及为改变磁性能而进行的微结构分析等[7-10]，对它的力学性能关注较少，特别是动态力学特性。

然而，随着磁悬浮列车、电动汽车、风力发电等行业的发展，烧结NdFeB磁体在电机、汽车零部件等各领域内应用逐年增加，同时对NdFeB的产量需求也逐年增加。

但由于汽车、飞机等的工作环境（高速、高压、高温）的特殊，其各个零部件都要承受较强的冲击力，所以对NdFeB的抗震抗冲击性有较高的要求。

同时烧结钕铁硼也应用于军事通讯、雷达、卫星、导弹制导等国防事业领域中，因此也会受到较大的冲击载荷作用。

作为一种典型的脆性材料，烧结钕铁硼的机械加工与抗震、抗冲击性非常差，这将大大制约其在高精度仪器仪表、高速电机、尖端国防技术装备等行业中的应用。

由此可见，开展NdFeB力学性能以及在载荷作用下破坏响应机制的研究具有重要的意义和价值。

张书凯、梁浩、房成、张洋、张薇、马晓辉、李军/文中稀（微山）稀土新材料有限公司【摘要】：全面综述了NdFeB永磁体的制作工艺、力学性能以及发展历程，介绍了近些年来增强NdFeB磁体力学性能的研究动态与进展，并分析了提升其力学性能的原理以及研究意义，总结了增强NdFeB磁体力学性能的多种途径以及各自优势和不足，最后进一步展望了提升磁体力学性能的研究方向。

高松同志先进事迹

附件3：高松同志先进事迹高松汉族，北京大学化学与分子工程学院教授、博士生导师、中国科学院院士、英国皇家化学会会士(FRSC)。

1964年2月出生，1984年6月入党，博士研究生。

长期以来，高松同志始终以一名优秀共产党员的标准严格要求自己，不懈追求、默默奉献，保持了一位高级知识分子的党员本色。

勇攀高峰的科学家高松同志在大学时代就树立了崇高的人生理想，明确要通过科学研究实现个人对社会的贡献并最终实现一个共产党员的人生价值。

早在本科期间，高松已经在徐光宪院士领导的实验室做论文，读研后跟随徐光宪院士从事科学研究。

多年来，他致力于配位化学与分子磁性研究，在发现新的磁现象、发展新类型分子磁体方面开展了深入系统的工作，处于国际领先水平。

对化学的热爱与执着、对祖国基础科学研究的强烈责任心推动高松在科学的道路上披荆斩棘，乐此不疲。

近三十年来，高松将自己的心血奉献给了中国化学事业。

为了节约科研成本、高效测定分子的磁性质，他曾和同事们扎根实验室，在实验室的行军床上度过一个个不眠之夜。

正是这种不怕吃苦、以苦为乐的精神，使他在攀登科学高峰的征程中不断进取。

他率先报道了世界上第一例同自旋的单链磁体，将诺贝尔物理学奖获得者Glauber教授早在1963年提出的一维Ising链动力学理论模型以分子实物的形式第一次展现在世人面前。

高松和研究小组还根据建立的单离子磁体的概念，选取特殊的配体构筑了世界上最小的磁体，单分子磁体领域的专家、美国Texas A＆M 大学的Kim Dunbar教授在国际著名的《化学与工程新闻》杂志专门针对这一工作撰写的评论说：“这一单离子磁体采取全碳原子参与配位，为单分子磁体的发展开拓了一个全新的领域。

”1998年至2011年，高松及其合作者在配位化学和分子磁性领域发表SCI论文300余篇，累计SCI引用8600余次，h指数51。

这组令许多一流科学家都吃惊的数字背后是高松20多年来孜孜不倦的日夜奋战。

2007年，43岁的他，成为中国科学院院士。

新型石墨烯材料

轻松应对那些让目前全世界所有的计算机同时工作数年也计算不完的复杂问题。同时因其中央的库伦岛可以被当作人工原子，晶体管还可用来制造自然界原本并该不存在的新型超导材料。利维和其同事将这种超小型单电子晶体管命名为 “ ｋｔｈＥ ” ＳｅＳＴ。原因在于这项ｃ技术受到了一种名为蚀刻素描画板（ｔＥｃｈＡＳｅｈ的启发，种晶体管的制造原理ｋｔ）ｃ这也与其类似。在实验中，过原子力显微通镜，研究人员用一种极为尖锐的电导探针就能在钛酸锶晶体界面上用１２纳米厚的．
新型石墨烯材料
据美国物理学家组织网报道，澳大利亚悉尼科技大学的科学家日前宣布，他们开发出了一种厚度和纸相当、度比钢还强高的石墨烯复合材料，这种纳米结构的石墨烯材料复验性测试结果良好。望在汽有车制造、空工业、航电子以及光学等领域引发革命性变革。相关论文发表在最新一期《应用物理学》杂志上。由悉尼科技大学王国秀（）授带领音教的这个研究小组，过合成法和热加工法通对石墨进行提纯和过滤，进而将其制成像纸一样薄的薄片。这种石墨烯纸（Ｐ）Ｇ在微观上呈单层六角形碳素晶格结构，具有独特的热学、电学和机械性能。对比实验显示，与普通钢材相比，墨烯纸在重量上石要轻６，倍密度上小５到６，倍强度上大２倍，抗拉强度大ｌ倍，Ｏ抗弯刚度大ｌ倍。３负责该项研究的阿里・利萨・兰迪巴托契说，此前还没有人用类似的方法制造出有如此性能的石墨烯纸，这种材料与钢

精选优秀共产党员先进典型事迹材料范文(精选3篇)

教育和研究，是我的职业也是志向，只有不断追求卓越，做得更好，才无愧于党和人民给予的崇高荣誉。

——高松勇攀高峰的科学家高松在大学时代就树立了崇高的人生理想，明确要通过科学研究实现个人对社会的贡献，并最终实现一名共产党员的人生价值。

早在本科期间，高松已经在徐光宪院士领导的实验室做论文，读研后跟随徐光宪院士从事科学研究。

多年来，他致力于配位化学与分子磁性研究，在发现新的磁现象、发展新类型分子磁体方面开展了深入系统的研究工作，研究成果处于国际领先水平。

他曾获国家自然科学二等奖、教育部自然科学一等奖、中国青年科技奖、中国分析测试协会科学技术一等奖和教育部长江学者特聘教授等荣誉，获国家自然科学基金委杰出青年科学基金资助。

对化学的热爱与执著、对祖国基础科学研究的强烈责任心，促使他在科学的道路上披荆斩棘、乐此不疲。

30年来，高松将自己的全部心血奉献给了中国化学事业。

为了节约科研成本、高效测定分子的磁性质，他曾和同事们扎根实验室，在实验室的行军床上度过一个又一个不眠之夜。

正是这种不怕吃苦、以苦为乐的精神，使他在攀登科学高峰的征程中不断进取。

他率先报道了世界上第一例同自旋的单链磁体，将诺贝尔物理学奖获得者glauber教授早在1963年提出的一维ising链动力学理论模型以分子实物的形式第一次展现在世人面前。

高松和他的研究小组还根据建立的单离子磁体的概念，选取特殊的配体构筑了世界上最小的磁体。

单分子磁体领域的专家，美国te_asa&m大学kimdunbar教授，在国际著名的《化学与工程新闻》杂志上专门针对这一工作撰写的评论说：“这一单离子磁体采取全碳原子参与配位，为单分子磁体的发展开拓了一个全新的领域。

”1998年至__年，高松及其合作者在配位化学和分子磁性领域发表sci论文300余篇，累计被sci引用8600余次，h指数51。

这组令许多世界一流科学家都吃惊的数背后是高松20多年来孜孜不倦的日夜奋战。

__年，43岁的他，凭借出色的研究成果，成为中国科学院院士。

分子基磁性材料的研究与展望

用，其制备采用常规的有机或无机化学合成方法．由于
在分子磁体中没有伸展的离子键、价键和金属键．共因
而很容易溶于常规的有机溶剂，而很容易得到配合物从的单晶，有利于进行磁性与晶体结构的相关性研究，有
利于对磁性机制的理论研究作为磁性材料，子铁磁分体具有体积小、相对密度轻、构多样化、于复合加工结易成型等优点，可能作为制作航天器、波吸收隐身、有微电磁屏蔽和信息存储的材料．分子磁性研究始于理论探索．在１６年ＭＣ－早９３ｃｏｎｅ就提出有机化合物可能存在铁磁性，提出了分ｎｌ并子间铁磁偶合的机制．９７年，又提出了涉度从激发１６他态到基态电子转移的分子离子之间产生稳定镀磁偶合的方法．年，ｄｎ４贝尔实验室台成了第一个同ｗｉ∞ａｌ在
展历史、研究基础和可能有突破的研究热点体系作了通俗的介绍，并简述了其潜在的应用前景．
统磁体以单原子或离子为构件，维磁有序化主要来自三
一
、
引言
作为一种新型的软材料，子基材料（ｒｅｕ．ａｄ分ｎｄｌｂｅ：ｃｅｓ
料是涉及化学、理、料和生命科学等诸多学科的新物材兴交叉研究领域．要研究具有磁性、性与光学或电主磁导等物理性能相结合分子体系的设计、成．合我们认为，分子筒眭材料是在结构上以超分子化学为主要特点的、在微观上咀分子磁交换为主要性厨的、有宏观磁学特具征并可能应用的一类物质分子铁磁体是具有铁磁性质的分子化台物，在临它

单分子磁体隧道结_概述说明以及解释

单分子磁体隧道结概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在当前科技发展的背景下，单分子磁体隧道结作为一种新型材料引起了广泛关注。

它具有独特的电学和磁学性质，能够应用于量子计算与信息存储、纳米电子器件以及磁性材料研究等领域。

本文将对单分子磁体隧道结的基本原理、应用领域以及实验方法进行深入的探讨和阐述。

1.2 文章结构本文共分为五个部分，每个部分包含若干小节。

接下来将依次介绍各个部分的内容：第一部分是引言，主要对文章进行概述，并介绍文章的结构。

第二部分是单分子磁体隧道结的基本原理，包括隧道效应、单分子磁体的介绍以及隧道结的制备与性质等内容。

第三部分是单分子磁体隧道结的应用领域，包括量子计算与信息存储、纳米电子器件以及磁性材料研究等方面。

第四部分是实验方法及测量技术，涵盖了制备单分子磁体隧道结样品的方法、光学和电学特性测量技术以及磁学特性测量技术等内容。

最后一部分是结论，总结了文章的主要观点，并展望了单分子磁体隧道结在未来的应用前景。

1.3 目的本文旨在全面介绍单分子磁体隧道结的原理、应用领域及实验方法，为读者提供对这一领域有深入了解的基础。

同时，通过对现有研究成果进行梳理和分析，期望能够推动该领域的发展，并为相关科研人员和工程师提供参考和借鉴。

2. 单分子磁体隧道结的基本原理2.1 隧道效应隧道效应是指当两个介质之间存在能量势垒时，通过这一势垒传递粒子的现象。

在单分子磁体隧道结中，隧道效应是通过隧道结区域内的电子来实现自旋转换和磁性耦合的。

2.2 单分子磁体介绍单分子磁体是一种由单个分子构成的纳米尺度磁性材料。

它具有特殊的电子自旋结构，可以表现出不同于传统宏观尺度材料的独特性质。

单分子磁体通常由一个中心金属离子或配位离子与多个有机配体组成。

2.3 隧道结的制备与性质单分子磁体隧道结是通过将两个电极（例如金属、半导体、超导材料等）之间插入单分子磁体形成的。

这种隧道结通常是非晶态或微晶态的，并且具有较小的缺陷浓度和较大的界面面积，以促进电荷和自旋输运。

磁单极子的研究现状与理论价值

磁单极子的研究现状与理论价值作者：物理学（一班）二小组小组成员：石钊（组长）马合锋王明梓徐磊佟欣禹魏永利尹海渤冶勇摘要：关于磁单极子的研究人们一直都没有停止过，磁单极子的话题也一直是科学领域的一个热门话题，本文是鉴于前人的一些研究成果对磁单极子主要从其研究现状和理论价值作出的论述。

Abstract: On the magnetic monopole of people have not stopped, the magnetic monopole has been the subject of scientific fields is a hot topic, this article in the light of previous studies on the magnetic monopole results from the major study status and theoretical value of the exposition.关键字：磁单极子现状价值Keyword: magnetic monopole value of the status quo正文：在历史上,人们最初认为磁现象是正负磁荷产生的。

但是,长期以来,从没有人发现过单独的磁北极或磁南极。

因此,传统上认为磁是一种固有的双极现象,即任何一磁体无论怎样细分,最后每一小块磁体总是显示出两个相反磁性区——磁北极和磁南极,这就是两磁极的不可分性。

在安培提出分子电流是物质磁性的基本来源之后,这种不可分性得到了完满的解释。

此后又断言,单独的磁荷或磁荷的基本单元———磁单极子是不存在的。

这一论断构成了宏观电磁理论的基础,例如磁场的高斯定理就是自然界不存在磁单极子的数学表述。

然而,这并不妨碍探索微观领域中是否存在磁单极子成为物理学家很感兴趣的一个课题。

自1931 年狄拉克在理论上预言存在磁单极子以来,试图证实磁单极子存在的实验研究工作,一直都在进行。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

单分子磁体的研究进展学生：施张胜指导老师：王晓玲淮南师范学院化学与化工系摘要：单分子磁体为纳米尺寸，磁特性源自单个分子的内部,可以独立地作一个磁功能单元，是突破尺寸对传统磁体性能制约的一条连径。

已知单分子磁体基本上是含Mn、Fe、V、Cr和一些其他金属元素的簇合物，有望用来制造分子器件、磁存储材料等。

本文介绍了一些典型的单分子磁体的研究和发展趋势。

关键词：单分子磁体；金属簇合物；磁性Progress of Research on Single Molecular MagnetsStudent：Shi zhangshengSupervisor：Wang xiaolingDepartment of Chemistry and Chemical Engineering of Huainan Normal University Abstract：Single Molecular Magnets (SMM) could act as independent magnetieally functional units since they are nano-sized compound molecules and molecular clusters. The related magnetic properties are attributed to the metallic ions interior of molecule, which indicates the dimension restrict for traditional magnets could be surmotmted. SMMs representatively contain metal clusters such as Mn, Fe, V and Cr etc, and can potentially be used to produce such as molecular devicce and magnetic recording materials, The progress of research on SMMS are introduced this paper.Key words: Single Molecular Magnets; clusters; magnetism单分子磁体的研究进2 前言磁学是物理学中一个古老的重要分支，磁性材料的应用也为人类社会的发展带来了巨大影响。

长期以来，人们更多研究的是传统磁体的性质，主要是合金与金属氧化物、金属配合物基于三维扩展晶格的长程作用，在畴结构排列下产生的宏观磁性能[1]。

近年，作为新兴的理化交叉学科，以探索开壳层分子及开壳层分子聚集体所体现出来的磁特征为目的分子磁学越来越受到人们的关注。

在这一领域中。

单分子磁体由于身为独立的纳米磁单位，具有众多奇异的性能，所以更是成为了研究热点[2]。

单分子磁体是涉及合成化学、材料科学和凝聚态物理等边缘学科的一个新颖课题。

单分子磁体，当我们有这样的一个晶体：其分子内部的交换相互作用极强，分子可看成有确定自旋的对象；分子间距离较远，相互作用很弱，可看成独立的全同分子；晶体的整体性质是全同分子性质的叠加。

于是晶体的磁性质可表现出单个分子的磁性质。

所以，我们只研究晶体中的一个分子的磁性，便可知晶体的磁性，我们称这种研究对象为“单分子磁体”（Single-Molecule Magnets，简称SMMs）。

当SMM晶体在温度很低的情况下，其磁滞回线却出现了令人惊叹的奇妙变化。

磁滞回线中，出现了阶梯状。

这表达了一单分子磁体，当我们有这样的一个晶体：其分子内部的交换相互作用极强，分子可看成有确定自旋的对象；分子间距离较远，相互作用很弱，可看成独立的全同分子；晶体的整体性质是全同分子性质的叠加。

于是晶体的磁性质可表现出单个分子的磁性质。

所以，我们只研究晶体中的一个分子的磁性，便可知晶体的磁性，我们称这种研究对象为“单分子磁体”（Single-Molecule Magnets，简称SMMs）。

当SMM晶体在温度很低的情况下，其磁滞回线却出现了令人惊叹的奇妙变化。

磁滞回线中，出现了阶梯状。

这表达了一种量子现象，宏观物体的物理性质“磁化强度”出现“量子化”，所以此现象是一种“宏观量子现象”[3]。

从材料科学观点来看，当其研究对象是由化学键结合在一起的原子集合体所形成的单一分子时，我们称它为纳米簇合物材料(nano-cluster materials)，或更广义地称之为纳米分子材料[4]。

1 单分子磁体的产生四十年以来，研究者在铁磁体、亚铁磁体的设计与制备中广泛引入顺磁性分子作为构筑单元，开创了所谓的分子基磁体学。

1967年Wiekman等人[5-6]对第一个分子基磁体进行了报道。

他们发现[Fe(dtc)2Cl]分子具有的基态自旋，在时结晶状态中呈现铁磁有序。

1987年ler、ArthurJ.Epstein等[7-8]人宣布[Fe(Cp*)2][TCNE]粒子的铁磁有序温度为TC= 4.8K。

此后,其它若干分子基铁磁体相继被发现,其中一些的有序温度达到了室温[9]。

1993年.Roberta Sessoli、Hui Lien Tsai等[10]发表了关于单分[Mn12O l2 (O2CR)16(H20)4]低温下具有超顺磁的的文章.像这样的纳米簇合物被命名为单分子磁体(Single Molecular Magnets,SMM)，开创了分子基磁体的一个纳米尺度的分支。

此类化合物簇单元中的所有磁性金属离子的自旋都有序排列(如图1,箭头指向代表外磁场作用下磁矩的取向)，磁矩反转需要克服较高能垒，故而每一个离散的大分子都独立拥有磁性。

图 1 [Mn12O12 (O2CR)16(H2O)4 ]原子簇的核结构示意2主要单分子磁体的性能原理由存在着多种交互作用的磁性单分子的简单哈密顿表达式:∏8=D·Sz2 +ｇβH+∑Ji,jSj·S图2基态自旋为S的单分子[Mn12O12(O2CR)16(H2O)4]磁体在零场下的能级图对于高自旋分子,在不着重考虑赛曼效应和分子内自旋磁耦合(分别对应于式中右侧第二、三项)的情况下。

零场分裂引起的能量变化便成了决定性影响因素。

零场分裂导致了高自旋基态的负磁各向异性，使最大自旋态s所对应的能量最低，和间的跃迁即单分子磁体在磁化时分子内粒子磁矩反转所需克服的能垒较高(如图2)。

正是由于高能垒，低温下分子自旋和磁矩反转极为缓慢。

出现磁弛豫现象。

该能垒低于按热激发模型计算所得到的理论能垒。

于是在一定高温度下，分子内粒子具有足够的反转能量,磁矩会在正、负方向上快速振荡，分子表现出顺磁行为。

而当温度低于阻塞温度(Blocking Temperature)时。

无法反转的磁矩将被固定在某一方向。

单分子磁体的研究进4图3 50、250、lO00Hz外场下[Mn12O12(O2CCHC12)8(O2CCH2Bu,)8(H2O)3] 单分子磁体的交流磁化率温度曲线一般顺磁分子的磁弛豫速率高达ns级，可以与外加交流磁场保持相的匹配。

但如果外场很强或者样品较大即样品体内同步性较差，那么我们便可以观察到一定的异相(虚部)磁化率信号。

图3上下两图分别描述50、250、1000Hz交流磁场中单分子磁体[Mn12O12 (O2CCHC12)8 (O2CCH2Bu’)8(H2O)3实部(同相)磁化率、虚部(异相)磁化率随温度的变化。

可以看到,该样品虚部磁化率对温度的极值与外场频率相关，并且虚部磁化率的极值温度落在实部磁化率温度曲线上下两拐点问的陡变区内，这类现象先后被M.A．Novak、Aubin S.M.J．等[11-12]人认为是超顺磁性的体现。

根据报导，单分子磁体的品态样品，与多品样品以及通过溶液冻结法或聚合物包埋粉体法制得的固化样品，其磁滞回线和交流磁化率结果等磁学行为是相同的[13]。

这就证明单分子磁体的磁特性并不依赖于分子问排列的长程有序和交互作用，而可以源自单个分子的内部所以单分子磁体可以独立地作为一个磁功能单元。

3 几类典型单分子磁体到目前，已知典型的单分子磁体基本上是含Mn、Fe、V、Cr和一些其他金属元素的簇合物，且以高核簇为多。

Mn、Fe、V、Cr等的离子未成对d电子较多，同时有多种不同价态可以在同一簇合物分子内形成两种磁性中心，零场分裂效应也较强,适合于形成高白旋分子，从而趋向于获得比较强的磁性。

3.1 Mn离子簇单分子磁体图4 [Mn12O12(O2CCH3)16(H2O)4]·2(CH3COOH)·4H2O构型示意图Mn离子簇单分子磁体研究较先开展，其代表物Mn12，的通式[Mn12O12(O2CR)16(H2O）4],是相对而言工作温度最高的单分子磁体。

C.Delfs等[14]人认为磁各向异性引起了Mn l2的超顺磁性表现。

图4是[2(CH3COMn12O12(O2CCH3)16(H2O)4]·OH)·4H2O构型示意图，其核心是一个[MnIV4O3]立方烷结构,外围由8个MnⅢ离子通过μ3-O2-桥连成环，MnⅢ-MnⅣ间反铁磁耦台作用明显。

除了这样的Mn型,还有Mn4、Mn5、Mn6、Mn7、Mn8、Mn9、Mn10、Mn18、Mn22、12Mn25、Mn26、Mn30、Mn84等，都受到不同程度的关注。

3.2 Fe离子簇单分子磁体图5[Fe8O2(OH)12(tacn)6]8+构型示意图(tacn：1,4,7-三氮杂环壬烷,三氮大环)在Mn12奇特的磁学特性被发现之后不久，人们发现了一种新的单分子磁体Fe8。

图5描述的是[Fe8O2(OH)12(tacn)6]8+构型中磁距的有序排列。

在该簇中，4个FeⅢ离子通过含O桥连形成“蝴蝶结构”，而“蝴蝶结构”再通过OH桥连与另外四个FeⅢ联结；反铁磁耦合与簇的拓扑交换使得Fe8在基态具有极高的自旋。

在Fe簇系列中，人们还进一步开展了广泛的工作。

OshioH．及其合作者[15] 提出了立方四核型单分子磁体Fe4。

Rumberger E.M．[16]研究组的工作表明[Fe6F6(edea)6]的强反铁磁交互作用致使基态。

Gatteschi D．[17]在文章中也提到了对E％小环在高场下的磁数据的报导，及用Hamihonlan矩阵计算出的相应能级值与实测值的良好吻合；同时他还指出轮环型Fe10具有理想的激发态能级。

此外，Fe11、Fe12、Fe16 以及更大的Fe簇合物都有文献介绍。

单分子磁体的研究进6 3.3 V、Cr离子簇单分子磁体图6 [V4O2(O2CEt)7(bpy)2]+的ORTEP作图(bpy：2,2(-联吡啶)图7 [Mn2Ni2Cl2(salpa)2]的ORTEP作图[salpa:N-(2-羟苄基)-3-一氨基-1-丙醇] 对单分子磁体的构成而言,Ni也有不可忽视的表现。