稀土单分子磁体的研究进展.pdf

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1、第27卷第l2期应用化学Vo1．27No．122010年12月CHINESEJ0URNAL0FAPPUEDCHEMISTRYDec．20105综合评述!!!!!J稀土单分子磁体的研究进展林双燕郭云南许公峰唐金魁(中国科学院长春应用化学研究所，稀土资源利用国家重点实验室长春130022)摘要在信息存储和量子计算方面具有广阔应用前景的单分子磁体及相关研究中，应用各向异性显著的稀土离子以期提高单分子磁体自旋翻转能垒的研究倍受关注。本文综述了稀土单分子磁体的研究进展，并着重介绍了单核、三核及四核镝配合物单分子磁体的磁学性质。关键词单分子磁体，稀土

2、离子，弛豫，量子隧穿，磁性表征中图分类号：0646．8文献标识码：A文章编号：1000-0518(2010)12—1365-07DOI：10．3724／SP．J．1095．2010．0017l信息技术的飞速发展，要求开发具有更高存储密度及更快响应速度的信息存储材料。单分子磁体是由分立的、磁学意义上没有相互作用的单个分子构成而不是由一个三维扩展晶格(如金属、金属氧化物等)构成的，并在阻塞温度(blockingtemperature，TB)以下呈现磁滞行为，因此在超密存储和量子计算等领域展现出广阔的应用前景。近年来，相关研究发展很快，成为融合

3、物理、化学和材料等诸多学科的前沿研究领域之一¨。自1993年发现第一个单分子磁体MnlrAC【6以来，经过十几年的努力，已对过渡金属离子单分子磁体做了较深入的研究⋯。。，得到了Mn、Fe、V和Ni等多种多核单分子磁体11-12]。对过渡金属单分子磁体的研究证明高自旋基态(s)和显著的负各向异性(D)是单分子磁体必须具备的2个要素¨HJ，二者结合产生自旋翻转的能垒。为获得高能垒的单分子磁体，多年来，人们一直致力于高自旋和大各向异性分子的设计。但Ruiz等于2008年基于对Mn体系磁各向异性与磁相互作用的理论研究揭示了高自旋基态与大单轴各向异

4、性是不可兼得的。证明提高分子的自旋基态往往以降低体系的磁各向异性为代价，也就是说单分子磁体自旋翻转的能垒主要取决于旋轨耦合的强度，无法靠分别优化S和D来实现。因此，分子中引入单电子数多、具有强旋轨耦合作用的稀土离子是制备高能垒单分子磁体的重要途径。但是，由于稀土离子中4厂电子受5s和5p电子的屏蔽，很难提高离子间磁相互作用的强度以及稀土离子普遍存在磁化强度量子隧穿(QTM)效应致使磁各向异性能垒降低的现象，因此获得高能垒的稀土单分子磁体有一定困难7l，从而相关报道较少。随着对稀土单分子磁体研究的深入，目前已发现个别单核稀土配合物呈现单分子

5、磁体行为，抗磁基态的Dy3三角配合物也观察到磁化强度的缓慢弛豫J。针对这些新发现，完善并拓展已有理论，是目前单分子磁体研究的挑战性课题。为此，本文对稀土离子单分子磁体最新发展趋势的文献资料进行综述，着重介绍了稀土单分子磁体磁化强度的缓慢弛豫机理，期望为从事该领域的研究者提供参考。1稀土离子单分子磁体的分类及性质分子中引入稀土离子(尤其是Tb和Dy)是制备高各向异性能垒单分子磁体的有效途径。迄今，已合成了单核。、双核、三核、四核。川、五核及六核的Dy配合物单分子磁体。比较而言，文献对单核、三核及四核稀土单分子磁体的研究较多。以下将重点介绍这

6、3类稀土离子单分子磁体。2010-03-24收稿，2010~5-20修回国家自然科学基金(20871113，91022009)资助项目通讯联系人；唐金魁，男，研究员；E-mail：tang@ciac．j1．cn；研究方向：分子磁性材料应用化学第27卷1．1单核稀土离子单分子磁体2003年Ishikawa等¨。报道了第一个具有磁化强度缓慢弛豫的[PcTh]一和[PcDy]一(Pc为酞菁的二价阴离子)双层夹心型配合物单核稀土离子单分子磁体(图1)。这2个配合物在1．7K温度以下显示有磁滞现象，说明它们是单分子磁体。另一双层夹心型单分子磁体[P

7、cHo]J，其磁滞回线在0．04K时具有明显的阶梯形状，表现明显的磁化强度量子隧穿效应。Ishikawa等通过氧化配体得到了中性配合物[PcTb]。氧化后的配体7r电子与Tb“之间7r作用加强，使其磁弛豫温度有所提高。进一步氧化配体可得到[PcTb]“和[PcDy]¨卵配合物阳离子。南于氧化作用诱导配位空间纵向压缩，使得磁矩翻转的能垒显著提高，从而提高了阻塞温度。Ln●：N图1[PcLn]一的结构图图2[Ln(WO。)]簇的多面体(0)Fig．1Structureof[Pc2Ln]和球棍(b)示意图Pc=dianionofphthaloc

8、yanlne，Fig．2Polyhedral(a)andball—and—stick(b)LnIU=triva1entlanthanideionrepresentationsofthe[Ln(