稀土单分子磁体弛豫机理与调控研究取得进展



稀土单分子磁体弛豫机理与调控研究取得进展

中国科学院长春应用化学研究所唐金魁研究员等以分子磁性材料为研究对象，率先开展了稀土单分子磁体弛豫理论和方法研究，在稀土单分子磁体弛豫及自旋拓扑调控方面取得系列重要进展，揭示了多弛豫机理，提出和发展了有效调控弛豫过程的机制，为设计性能优异的分子磁性材料提供了重要的理论依据，该成果荣获2014年吉林省自然科学奖一等奖。

信息存储器件是电子学中的重要器件之一，近年来，存储密度快速增长，已接近现有技术的极限，需要开发更高存储密度磁性材料和更先进的数据处理技术，于是单分子磁体研究应运而生。单分子磁体是单一固定尺寸的分子纳米磁体，具有体积小、比重轻、结构多样、易于调控等特点，在高密度信息存储和量子计算方面具有广阔应用前景。

科研人员针对单分子磁体弛豫机理，设计得到了能垒为173k的dy4单分子磁体，以准确的测试方法结合双弛豫debye模型首次成功解析出两个独立的弛豫过程并将这两个“同时”存在的热激发弛豫归因于分子内存在的不同金属中心，揭示了多弛豫过程的本质。该研究发现矢量加和的"平行四边形法则"可以直观地展示弛豫的演化进程，提出了多弛豫唯象表示的新方法。针对单分子磁体弛豫调控，科研人员在dy2单分子磁体中首次区分了稀土单离子各向异性和金属离子间磁相互作用对慢磁弛豫的贡献，明确了阻滞磁化强度的两种来源：高温区来源于每个金属离子本身，低温区则来源于金属离子间ising磁相互作用。在实验和理论计算的基础上揭示了弛豫特性与分子结构之间的关系，提出了通过优化配位场及提高自旋之间ising磁相互作用来抑制量子隧穿效应，提高单分子磁体能垒的有效策略。

科研人员成功制备了由两个dy3单元“边靠边”构成的dy6单分子磁体。通过环形磁矩单元连接方式和分子内磁相互作用的调节，首次实现了两个环形磁矩功能基元的组装与同向增强，获得了最大化的环形磁矩，引领了稀土单分子磁体(single-moleculemagnets)和单分子磁环(single-moleculetoroics)前沿领域的新发展。