研究人员发现了构建新型金属基磁性材料的新工具
2020-08-17
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磁铁被用于许多现代电子设备中，从移动电话和计算机到医学成像设备。除了传统的金属基磁体之外，当前磁性领域的研究兴趣之一是由金属离子和有机配体组成的单分子磁体的研究。单分子磁体的磁性本质上是纯分子性质的，有人提出，在未来，单分子磁体可以用于高密度信息存储、自旋电子学和量子计算机。
不幸的是，大多数目前已知的单分子磁体仅在接近绝对零度的低温下显示出它们的磁性。273 c)，这阻碍了它们在电子设备中的应用。第一个在液氮沸点以上保持磁化的单分子磁体？2018年报告了196摄氏度。这项研究是磁性材料领域的重大突破，因为它证明了在更高温度下工作的单分子磁体也可以实现。
报道的化合物在高温下的优异磁性源于化合物的最佳三维结构。理论上，类似的设计原理可以用于含有一种以上金属离子的单分子磁体，但控制多核化合物的三维结构要困难得多。
在新化合物中使用了桥连有机基团
本研究采用了不同的设计策略，而不是完全控制报道化合物的三维结构。
像离子一样，有机自由基也有不成对的电子，可以与金属离子的不成对电子相互作用。因此，有机自由基可以和金属离子一起用来控制系统的磁性。特别有趣的有机自由基是桥接自由基，因为它们可以与多种金属离子相互作用。我们在研究中采用了这种设计策略，令人惊讶的是，我们合成了一种化合物，其中不仅一个有机基团，而且两个有机基团桥接了两个镝离子，并通过它们不成对的电子形成了一个薄饼键。
尽管在两个自由基之间形成薄饼键是众所周知的，但这是第一次在两个金属离子之间观察到薄饼键。有机基团之间的相互作用通常被称为薄饼键合，因为相互作用的有机基团的三维结构类似于一叠薄饼。
这种新型化合物中的薄饼键非常强。因此，有机自由基的不成对电子与镝离子的不成对电子没有强烈的相互作用，该化合物仅在低温下起单分子磁体的作用。然而，这项研究为新型多核单分子磁体的新设计策略铺平了道路，并启动了进一步的研究。
加拿大和芬兰的合作发现了一种新的磁性化合物，其中两个磁性金属镝离子被两个芳香有机基团桥接，形成一个扁平键。
这项研究的结果可以用来改善类似化合物的磁性。这项研究的理论调查是由杰维斯卡大学的学院研究员詹尼·莫伊兰恩进行的，而实验工作是在渥太华大学以教授小组的形式进行的。穆拉利·穆鲁格苏和朱慧珊·布鲁索。研究结果发表在公认的化学杂志《无机化学前沿》2020年7月的封面上。
磁铁被用于许多现代电子设备中，从移动电话和计算机到医学成像设备。除了传统的金属基磁体之外，当前磁性领域的研究兴趣之一是由金属离子和有机配体组成的单分子磁体的研究。单分子磁体的磁性本质上是纯分子性质的，有人提出，在未来，单分子磁体可以用于高密度信息存储、自旋电子学和量子计算机。
不幸的是，大多数目前已知的单分子磁体仅在接近绝对零度的低温下显示出它们的磁性。273 c)，这阻碍了它们在电子设备中的应用。第一个在液氮沸点以上保持磁化的单分子磁体？2018年报告了196摄氏度。这项研究是磁性材料领域的重大突破，因为它证明了在更高温度下工作的单分子磁体也可以实现。
报道的化合物在高温下的优异磁性源于化合物的最佳三维结构。理论上，类似的设计原理可以用于含有一种以上金属离子的单分子磁体，但控制多核化合物的三维结构要困难得多。
在新化合物中使用了桥连有机基团
本研究采用了不同的设计策略，而不是完全控制报道化合物的三维结构。
像离子一样，有机自由基也有不成对的电子，可以与金属离子的不成对电子相互作用。因此，有机自由基可以和金属离子一起用来控制系统的磁性。特别有趣的有机自由基是桥接自由基，因为它们可以与多种金属离子相互作用。我们在研究中采用了这种设计策略，令人惊讶的是，我们合成了一种化合物，其中不仅一个有机基团，而且两个有机基团桥接了两个镝离子，并通过它们不成对的电子形成了一个薄饼键。
尽管在两个自由基之间形成薄饼键是众所周知的，但这是第一次在两个金属离子之间观察到薄饼键。有机基团之间的相互作用通常被称为薄饼键合，因为相互作用的有机基团的三维结构类似于一叠薄饼。
这种新型化合物中的薄饼键非常强。因此，有机自由基的不成对电子与镝离子的不成对电子没有强烈的相互作用，该化合物仅在低温下起单分子磁体的作用。然而，这项研究为新型多核单分子磁体的新设计策略铺平了道路，并启动了进一步的研究。
计算化学方法为化合物的电子结构和磁性提供了重要的见解，可用于未来的研究。通过选择合适的有机基团，我们不仅可以控制基团之间的薄饼键性质，而且还可以增强化合物的整体磁性，来自于斯凯大学的研究院研究员珍妮·莫伊兰评论道。
