金属所有机-无机杂化磁体磁性调控研究取得进展

大连日报讯(张平媛
记者谢小芳)近日,大连理工大学教授刘涛与日本九州大学、日本同步辐射研究机构、大阪大学等机构合作,成功合成具有高自旋基态的氰基桥联Fe42分子纳米磁体。

不同于传统的金属、合金和氧化物磁体,有机磁体的磁性与合成过程密切相关。在过去的几十年中,科学家付出很多努力,尝试发展部分含有或全部由有机分子构成的有机磁体,如分子磁体、磁性有机金属框架和有机-无机杂化磁性材料。其中,结合无机结构片段和有机分子构筑的具有单晶结构特点的有机-无机杂化磁体,由于有机相与无机相界面处存在强的价键相互作用,产生了不同于组成单元的、新的性质,在磁电耦合、磁光效应中受到广泛关注。有机分子具有柔性、易加工特性,有机-无机杂化磁体可以具有特殊的应用。磁有序温度高于室温,是磁性材料能够在室温或高于室温应用的前提。然而,在有机磁体中,除了极少数的分子磁体和磁性有机金属框架结构显示了磁有序温度接近或高于室温,文献中报道的磁性有机-无机杂化材料的磁有序温度均低于200K。

据了解,分子磁体在数据存储和处理等领域具有潜在的广泛应用前景。设计和合成具有高自旋基态的新型分子纳米磁体,是该领域一项富有挑战性的课题。这种极小的分子笼具有容纳其他分子的特性,有望作为新型载药系统。

633.net ,中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心功能材料与器件研究部研究员张志东、李达指导博士研究生潘德胜,在以可溶性Fe和Se为前驱体成功合成铁基β-FeSe层状超导体的基础上(Chem.
Mater.
2017 29
842-848),近期又采用高温有机化学溶液法,以高沸点有机胺(三乙烯四胺,teta)为溶剂,以可溶的Fe和Se前驱体为原料,一步合成了居里温度高于530K的新型磁性有机-无机杂化材料,并阐明了其生长机制。单相4[Fe1.5]杂化纳米片,由有机配体Fe1.5和无机结构单元β-Fe3Se4构建而成,具有四方晶体结构。4[Fe1.5]杂化纳米片在温度低于530K稳定,高于530K至约700K缓慢分解。5-900K范围内的磁性测量表明,4[Fe1.5]杂化纳米片低于530K无磁相变,在室温下具有亚铁磁性。4[Fe1.5]杂化纳米片的居里温度不仅高于亚铁磁Fe-Se二元化合物(Fe3Se4和Fe7Se8)的居里温度,也远高于所有已报道的有序排列的有机-无机杂化材料的磁有序温度。杂化材料的磁性受到合成条件影响,在483K制备的杂化纳米片低温5K下展示出硬磁特性,矫顽力高达11kOe。

氰基桥联Fe42纳米笼的基态自旋值高达45,并且来源于磁性金属中心之间的铁磁耦合作用。S=45是目前分子磁体中最高的基态自旋值;这种分子的磁性强度非常大,可达自然界中磁性极强的稀土元素镝的近10倍。

研究员韩拯、李昺和副研究员杨腾在杂化材料的结构和磁性分析方面提供了重要支持。台湾国立同步辐射研究中心博士Chinwei
Wang、韩国材料科学研究所教授Chuljin Choi也参与了该工作。

相关结果发表在近日出版的Chemistry of Materials (金属所有机-无机杂化磁体磁性调控研究取得进展。Chem. Mater. 2018 30
8975-8982)杂志上。该项工作得到国家自然科学基金和科技部重点研发项目资助。

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