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    我国学者在光开关分子纳米磁体磁滞研究方面取得进展

    日期 2021-06-01   来源:化学科学部   作者:卢红成 付雪峰 杨俊林  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号:22025101、91961114)的资助下,大连理工大学刘涛课题组利用[W(CN)8]3-单元与FeII自旋交叉基元配位组装一维链,在光开关分子纳米磁体磁滞研究中取得进展。研究成果以“光诱导可逆自旋交叉转换[FeII–NC–WV]配位聚合物磁滞(Switching the magnetic hysteresis of an [FeII–NC–WV]-based coordination polymer by photoinduced reversible spin crossover)”为题,于2021年5月24日发表在《自然∙化学》(Nature Chemistry)上。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41557-021-00695-1。

      显现出磁滞的分子磁体对应于具有二进制中‘0’和‘1’的两种磁性状态,有望应用于高密度信息存储、自旋电子学器件和分子传感等。利用外界刺激对磁滞进行快速可逆开关,并使之与光、电等信号耦合,实现对磁性状态的读写操控。光诱导自旋激发态捕获效应(LIESST)及其逆过程(RE-LIESST)不仅可以在飞秒尺度内切换金属离子的高低自旋态,还可以引起自旋中心磁各向异性和磁交换作用等的改变,为光调控分子磁体磁滞提供了可能。然而现有的研究体系中,光调控分子纳米磁体本征的明显磁滞行为仍没有被观测到。

      该研究选择具有强旋轨耦合作用的八氰合钨建筑单元(Bu4N)3WV(CN)8与FeII离子组装成具有强磁交换作用的一维链,再利用长桥配体1,4-双(1H-咪唑-1-基)苯与FeII离子配位构筑刚柔并济的结构,获得了光开关分子纳米磁体。变温单晶X射线衍射与磁化率测试等分析表明FeII离子具有自旋交叉行为。同位素富集57Fe穆斯堡尔谱实验证实光诱导FeII自旋激发态捕获行为。808-nm和473-nm激光照射驱动部分FeII离子在低自旋态(S = 0)和高自旋态(S = 2)间的可逆转换,并伴随链内磁交换作用通道的打开与关闭,实现对光诱导单链磁体与单分子磁体行为的可逆切换。808-nm光诱导激发态在1.8 K下表现出明显的磁滞回线,矫顽场高达1.9 T。473-nm激光照射引起部分FeII离子从顺磁态到抗磁态转变,磁交换作用通道被关闭,磁滞回线减弱并在3.3 K下消失(图1)。

      该项工作利用光诱导可逆自旋转变实现了分子纳米磁体磁滞开与关的调控,为设计基于自旋转变单元的光响应功能分子材料提供了新思路。

    图1 a. 25 K下808-nm激光照射后配合物的穆斯堡尔谱图;b. 25 K下473-nm激光照射后配合物的穆斯堡尔谱图;c. 808-和473-nm光照后配合物在3.3 K下的磁滞回线;d. 光调控FeII离子高低自旋态转变和WV-FeII磁交换作用通道开关




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