光開關分子納米磁體磁滯的研究取得進展

　　近日，大連理工大學精細化工國家重點實驗室劉濤教授課題組利用[W(CN)8]3-單元與FeII自旋交叉基元配位組裝一維鏈，在光開關分子納米磁體磁滯研究中取得重要進展。相關研究成果以“Switching the magnetic hysteresis of a [FeII–NC–WV]-based coordination polymer by photoinduced reversible spin crossover”為題發表在Nature Chemistry上。

　　分子納米磁體可以在分子水平保持磁化取向的狀態，有望成為未來信息存儲的新材料。其中，光開關分子納米磁體更被看好，而磁滯則是其發揮作用的關鍵。

　　[FeII–NC–WV]一維鏈結構

　　近日，大連理工大學精細化工國家重點實驗室劉濤教授課題組利用[W(CN)8]3-單元與FeII自旋交叉基元配位組裝一維鏈，在光開關分子納米磁體磁滯研究中取得重要進展。相關研究成果以“Switching the magnetic hysteresis of a [FeII–NC–WV]-based coordination polymer by photoinduced reversible spin crossover”為題發表在Nature Chemistry上。

　　表現出磁滯的分子磁體具有對應于二進制中“0”和“1”的兩種磁性狀態，有望應用于高密度信息存儲、自旋電子學器件、分子傳感和量子計算等。利用外界光刺激對磁滯進行快速可逆開關，并使之與光、電等信號耦合，實現對磁性狀態的讀寫操作，在理論研究和實際應用方面均具有重要意義。然而在現有的研究體系中，光調控分子納米磁體本征的磁滯行為仍沒有被觀測到。磁滯的產生取決于材料分子層面上自旋中心的磁各向異性以及自旋中心之間的磁耦合作用。構筑具有磁滯的光響應分子納米磁體，不僅要兼顧孤立自旋中心磁各向異性和它們之間的磁交換作用，又要對光響應自旋轉變中心的配位環境進行精確調控，是一項極具挑戰的課題。

　　a. 25 K條件下808-nm激光照射后配合物的穆斯堡爾譜圖；b. 25 K條件下473-nm激光照射后配合物的穆斯堡爾譜圖；c. 808-和473-nm光照后配合物的磁滯回線；d.光調控FeII離子高低自旋態轉變和WV-FeII磁交換作用通道開關

　　該項研究中，研究人員選擇具有強旋軌耦合作用的八氰合鎢建筑單元(Bu4N)3WV(CN)8與FeII離子組裝強磁交換作用的一維鏈，利用長橋配體1,4-雙(1H-咪唑-1-基)苯與FeII離子配位構筑剛柔并濟的結構，獲得了一例光開關分子納米磁體。808-nm和473-nm激光照射可以驅動FeII離子在低自旋態（S= 0）和高自旋態（S=2）間的可逆轉換，并伴隨鏈內磁交換作用通道的打開與關閉，實現對光誘導單鏈磁體與單分子磁體行為的可逆切換。808-nm光誘導激發態在低溫下表現出明顯的磁滯回線，矯頑場高達1.9 T。473-nm激光照射引起FeII離子從順磁態到抗磁態轉變，磁交換作用通道被關閉，磁滯回線消失。

　　該項工作利用光誘導可逆自旋轉變首次實現了分子納米磁體磁滯開與關的調控，為設計基于自旋轉變單元的光響應功能分子材料提供了新思路。

　　以上工作得到了國家自然科學基金委和學校的大力支持。精細化工國家重點實驗室趙亮博士為本文第一作者，劉濤教授和孟銀杉副研究員為本文共同通訊作者。