分子磁体研究团队在磁各向异性与磁介电效应的动态结构协同调控研究中取得新进展

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在热、光或压力等外界扰动下，磁性分子材料呈现出丰富且可控的刺激响应行为。实现对分子结构、电子能级及宏观磁电性能的调控与操纵，在磁记忆材料、自旋电子学器件和分子开关中具有广阔的应用前景。将人工分子机器的概念引入到磁性分子材料的设计中，有望在分子水平上精准操控具有刺激响应特性的磁电性能。

图1 姜-泰勒轴的可逆转换和冠醚“转子”的热辅助转动

         冠醚由于其结构灵活，可充当有序-无序型相变过程中分子马达的“转子”，被广泛用于构筑人工分子机器及结构相变配合物。最近，分子磁体研究团队通过选用18-冠醚-6和具有姜-泰勒效应的Co(II)离子，巧妙合成了一例具有“Rc···Rw−S−Rw···Rc”型超分子结构的磁性配合物（其中Rc和Rw分别指代冠醚和水分子“转子”，S指代Co(II)“定子”）。上述磁性分子固体在室温附近发生可逆一级相变，晶体结构上主要表现出姜-泰勒轴的可逆转换以及18-冠醚-6“转子”的热辅助转动（图1），可推断高温时转动的冠醚通过分子间氢键拉动配位水分子，从而触发了分子结构的动态变化。

图2 磁各向异性与磁介电效应的热辅助调控

        单晶角分辨磁性测试表明，磁性分子的磁各向异性在相变前后发生了显著变化：从低温相变化至高温相时，易磁化轴往键长缩短的N4配位赤道平面转动了14.6°，而难磁化轴往键长增加的Co-O轴向配位键转动了14.1°。由于相变前后分子结构与磁各向异性均出现明显变化，因此其自旋-晶格相互作用也会发生改变。单晶磁介电测试显示，高温相几乎没有观察到磁介电效应，而低温相则表现出显著的负磁介电效应，表明其高温相可能存在更强的自旋-晶格相互作用。
该工作精准设计与合成了一例有序-无序型Co(II)相变配合物，姜-泰勒轴和冠醚“转子”的热辅助动态变化引发了配合物磁电性质的可逆转换，第一次为相变型分子磁性材料的单晶磁各向异性及磁介电效应的协同调控提供了范例。
         该研究论文以“Reversible Switchability of Magnetic Anisotropy and Magnetodielectric Effect Induced by Intermolecular Motion”为题，发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。中山大学化学学院为该成果的第一完成单位，博士研究生杜杉楠为论文第一作者，刘俊良教授和重庆大学孙阳教授为共同通讯作者。该研究得到了童明良教授的大力支持，并得到国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、广东省“珠江人才计划”本土创新科研团队项目的支持。
        全文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202204700
         文章来源：中山大学
        刘俊良，男，1987年10月生，博士，广东顺德人，中山大学化学学院副教授、博士生导师。科研方向：功能配位化学、分子基磁体、磁化学 。