【摘 要】
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单分子磁体(Single-Molecule Magnets,SMMs)由于在撤去外加磁场后能保持磁化性质且具有慢磁弛豫行为,因此有望广泛地应用于高密度信息存储、量子计算和自旋电子学等领域。其中,过渡金属Co(II)和稀土金属Dy(III)具有未猝灭的轨道角动量和强的磁各向异性,所以成为构筑高性能单分子磁体的最佳载体。随着越来越多单分子磁体被合成报道,科学家们发现影响它们慢磁弛豫行为的各种因素层出不
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单分子磁体(Single-Molecule Magnets,SMMs)由于在撤去外加磁场后能保持磁化性质且具有慢磁弛豫行为,因此有望广泛地应用于高密度信息存储、量子计算和自旋电子学等领域。其中,过渡金属Co(II)和稀土金属Dy(III)具有未猝灭的轨道角动量和强的磁各向异性,所以成为构筑高性能单分子磁体的最佳载体。随着越来越多单分子磁体被合成报道,科学家们发现影响它们慢磁弛豫行为的各种因素层出不穷,例如配位构型、晶体场的对称性以及配体的电荷效应等均会影响单分子磁体性能。基于以上背景,本论文旨在合成具有特殊结构的钴/镝单分子磁体配合物,通过晶体结构和磁性测试表征,从磁构关系和弛豫机制等方面进行研究,具体内容如下:1、基于15-Crown-5大环冠醚配体合成了两例五角双锥D5h型Co(II)配合物1和2,其中配合物1在加场下表现出慢磁弛豫行为,低场下动态磁学测试得出其能垒为72.9 K;在高场下有双弛豫。磁稀释实验发现分子间的偶极-偶极相互作用会引起双弛豫且会对弛豫行为产生一定程度的影响。根据配合物1的晶体结构,当稀释倍数达到10倍时可完全抑制偶极-偶极相互作用,消除其对单分子磁体本征性质的影响。2、通过一步法合成了两个配体TPIP和PIP,将它们作为配体与β-双酮一起合成了四个具有D4d或者D2d构型的八配位Dy(III)配合物3-6。配合物3由于TPIP配体非共面性未形成π-π堆积,氢键作用单一,表现出了较好的磁弛豫行为;配合物4由于存在氢键相互作用,弛豫变快;配合物5和6由于π-π堆积的存在表现出双弛豫;磁稀释后的配合物4a弛豫变慢,能垒提高,没有双弛豫。实验结果说明了分子间相互作用对弛豫过程的影响,理论计算的结果也与之相符。本章研究结果表明分子间相互作用会导致双弛豫现象,加快弛豫过程,增大量子隧穿概率。3、以4-羟基-3,5-二甲氧基乙酰苯为桥联配体合成了一例双核镝配合物7,晶体结构显示两个Dy(III)离子均为八配位D2d构型。磁性测试表明其在零场下即表现出慢磁弛豫行为,并在最优场1500 Oe下测试了其动态磁学性质。磁稀释实验表明分子内的磁耦合对量子隧穿效应有一定的抑制作用。理论计算结果表明两个Dy(III)离子中心间的耦合J=-0.15 cm-1。
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