龙腊生课题组《德国应用化学》：变价金属三核铁簇的磁电耦合机制研究

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近日，我院龙腊生教授课题组在分子基磁电材料研究方向取得了新进展，相关研究成果以“The Mechanism of the Magnetodielectric Response in a Molecule-Based Trinuclear Iron Cluster Material”为题发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.202007813)。
        因同时存在磁极化和电极化，并且磁和电可以互相调控，磁电耦合材料在下一代信息多态存储器、新型超灵敏磁电传感器件、磁电换能器、可调微波信号处理器等领域具有广阔的应用前景。然而，在单相磁电耦合材料中磁极化与电极化相往往互排斥，这使得单相磁电耦合材料的设计与合成十分困难。
       龙腊生教授课题组基于变价三核铁簇合物 [Fe3O(CH3COO)6(py)3](py) (py = 吡啶)中的变价金属离子自旋阻措和电荷阻措共存，成功地实现了近室温下的磁电耦合。他们的实验研究表明，三核变价金属铁离子之间的电荷转移形成电荷阻措，并产生电极化。变温结构分析（特别是低温孪晶结构解析）则证实了顺电态到铁电相的转变是由于金属间的电子转移引起。磁性数据拟合结果表明，化合物中存在强的自旋阻挫，并且自旋阻挫随着外加磁场增强而增强。电场下电子转移计算结果表明，电场诱导了电极化的产生，并促进简并能级的分裂。这项工作首次证实了利用分子基材料中自旋阻挫和电荷阻挫的共同作用可实现化合物的磁电耦合，为单相分子基磁电材料的设计合成提供了新的视角。

变价金属三核铁簇

        龙腊生教授课题组长期致力于分子基磁电材料的研究工作。他们通过分子设计，不仅实现了分子基多铁态的磁电耦合（Appl. Phys. Lett. 2017, 110, 192902）、分子基材料室温低场下的磁电耦合（Adv. Mater. 2017, 29, 1702512）、分子基材料的介电调谐功能（Phys. Status Solidi RRL 2018, 12, 1700425）、分子基材料的介电调控（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 12602）、分子基铁电冰的合成（Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2011, 108, 3481），而且实现了室温下分子基复合材料的磁电耦合（Adv. Mater. 2018, 30, 1803716; Phys. Status Solidi RRL 2020, 14, 1900644）。
        该研究工作由我院龙腊生教授和赵海霞高工共同指导下完成，论文第一作者为我院博士研究生李冬，已毕业硕士研究生王轩参与了部分研究工作，理论计算部分由浙江工业大学庄桂林副教授完成。研究工作得到了国家自然科学基金（项目批准号：21721001、21431005、21571150）和中央高校基本科研业务费（项目批准号：20720180030）等项目的资助。
       论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202007813


       文章来源：厦门大学
       龙腊生，厦门大学化学与化工学院、固体表面物理化学国家重点实验室，教授，博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者、闽江学者特聘教授、福建省科技创新领军人才（首届）。曾获全国百篇优秀博士论文指导教师奖。中国晶体协会理事，中国《无机化学学报》编委，美国《Cryst. Growth Des.》编委。主要研究方向为：1）高核稀土及稀土-过渡金属簇的合成与磁性；2）铁电及磁电耦合材料设计与合成。主持过科技部973项目、国家基金重点项目等，作为研究骨干成员参与基金委创新研究群体以及重大研究计划重点项目等。已在Acc. Chem. Res., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, J. Am. Chem. Soc., Nature Communications, Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等杂志上发表研究论文170余篇。相关工作被美国《化学工程新闻》 (C&EN 2007, May 21; C&EN 2007, October 29; C&EN 2017, January 02)、Nature (2007, 447, 1035)、Nature Nontechnology (2007, 2, 388-389)、美国化学会Heart Cut (2002, October 14，www.chemistry.org) 以及著名网站Physorg.com和physics inventions等选为研究亮点进行了报道。在磁热效应方面的研究工作被收录在美国《Quantum Molecular Magnets》专辑中。