几种分子磁体的磁性分析以及奈耳温度影响因素的研究

摘要

随着磁学和磁性材料的发展，分子磁体的磁性研究逐渐成为该领域的一个重要分支，并在理论研究和材料探索中扮演了越来越重要的角色，引起了化学家、物理学家、生物学家和材料科学家的广泛关注。
　　 本文采用Monte Carlo数值模拟方法，研究了分子磁体[Mn2(N3)4(phen)2]n和{FeL2(μ-pz)}∞的磁性质；还用该方法求得了分子磁体[NaMn(ox)(N3)(H2O)4]n几个重要的磁性参数：兰德因子g和交换耦合常数J，还找出了它在不同温度下的自旋组态，并计算了不同的交换耦合常数比的磁化率曲线；最后还讨论了影响奈耳温度的三个影响因素。
　　 首先，我们研究了分子磁体[Mn2(N3)4(phen)2]n和{FeL2(μ-pz)}∞的磁化率随温度变化的关系，给出了它们的磁性曲线。分析结果表明理论计算的磁性曲线与实验结果非常吻合，甚至是在低温的时候也很相符。这一结论表明蒙特卡洛方法是研究分子磁体特别是在低温下一种强有力的工具。
　　 接着，我们研究了分子磁体[NaMn(ox)(N3)(H2O)4]n的一些磁性质，首次在理论上给出了它们的兰德因子和交换耦合常数。同时还发现：在低温下，它们的自旋组态逐渐趋于稳定状态。我们计算了不同α=J2/J1的值在[0，1]范围内的磁化率随温度变化的曲线，发现二维的蜂窝状的磁性结构符合任何比例交换耦合常数，为实验上探索新的分子磁体提供了理论依据。
　　 最后，我们用Monte Carlo方法分析了影响奈耳温度的三个影响因素：即①轨道与桥联配体对称性匹配性；②配合物的结构维数；③顺磁中心的自旋量子数。发现分析结果与预想非常吻合，分子磁体的维度越高，奈耳温度越高；顺磁中心的自旋量子数越大，奈耳温度越高；桥联配体传递磁性的能力越强，奈耳温度越高；单一的影响因素的改变，和几个因素同时改变的情况，发现计算的结果和预想与实验上发现的是完全吻合的。我们还定量分析了奈耳温度的三个影响因素对其的影响程度，发现交换耦合常数的变化是对奈耳温度影响最大的因素，其次是顺磁中心自旋量子数，最后是维度。因此，在合成分子磁体的时候，尽量选择好的桥联配体，这样才能大幅度地提高奈耳温度，从而为实验上合成具有高奈耳温度的分子磁体提供了理论依据。