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常州大学吴大雨课题组揭示磁性团簇电子构型开关机制

近日,常州大学吴大雨教授(点击查看介绍)课题组在国际顶级学术期刊《化学学会评论》(Chemical Society Reviews, IF= 42.846),发表题为《通过开关型电子构型调控配位团簇的动态磁性》(Controlling dynamic magnetic properties of coordination clusters via switchable electronic configuration)的综述论文,揭示了磁性团簇可作为信息储存的基本单元,具有丰富多样的电子构型开关机制。综合分析了该研究领域的现状和挑战,并对发展趋势进行了展望。该项工作由常州大学吴大雨教授和日本九州大学Osamu Sato教授为共同通讯作者。

设计合成高性能磁性材料一直是信息存储和量子信息领域的关键技术,特别是具有电荷或自旋双稳态性质的分子磁体具有非常重要的研究价值。然而,如何在分子/团簇水平实现电荷或自旋的双稳态性质达到高密度信息存储的目的,一直是合成化学、材料科学和信息科学等学科面临的极大挑战。鉴于此,为了开发和进一步推动未来用于高性能信息存储领域的量子磁性材料,该课题组长期从事合成和表征大尺寸分子磁性团簇的研究工作。研究发现,具有纳米尺寸的磁性团簇是一类新型量子材料,由于诸多金属原子和有机配体通过配位键使得多组分磁性单元的电荷、自旋等发生相互协同作用,表现出多重双稳态特征,可显著提高信息存储容量。因而,作为磁存储介质,团簇相比于单金属和多维结构材料具有显著的优势。


在原子水平上理解双稳态磁电行为的本质,对于指导合成性能优越的分子磁体并最终实现分子磁体的实际应用至关重要。因此,该综述论文首先介绍了具有不同时间尺度(从微秒到飞秒级)的表征分析技术;随后,分析了多种磁开关机制的配位团簇,包括自旋交叉(高低自旋双稳态)和混合价(电荷双稳态)团簇;最后,在深入阐明自旋态和混合价化学基础上,揭示磁性团簇可以通过其可切换的动态电子构型(包括自旋转变、电子转移和价态涨落等机制),在分子/团簇水平表现出磁开关和信息储存性能。


该项工作首次全面综述了与自旋和电荷相关的双稳态分子磁性材料,结合课题组的系列成果综合分析了国内外前沿领域的一些新策略,并为优化设计高性能双稳态分子磁体提供一些前瞻性的观点,为实现下一代量子信息存储材料提供了理论依据。


该工作得到了江苏省绿色催化重点实验室以及国家自然科学基金等项目资助。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Controlling dynamic magnetic properties of coordination clusters via switchable electronic configuration

Wei Huang, Xiao Ma, Osamu Sato, Dayu Wu 

Chem. Soc. Rev., 2021, DOI: 10.1039/D1CS00101A


导师介绍

吴大雨

https://www.x-mol.com/university/faculty/19189 


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