研究人员发现构造新型金属基磁性材料的新工具

加拿大和芬兰的合作导致发现了一种新型的磁性化合物，其中两个磁性金属离子被两个芳香有机基团桥接形成了薄饼键。这项研究的结果可用于改善类似化合物的磁性能。这项研究的理论研究是由于韦斯屈莱大学的学院研究研究员JaniO.Moilanen进行的，而实验工作是在渥太华大学的教授小组中进行的。MuraleeMurugesu和JaclynL.Brusso。研究结果发表在公认的化学杂志《无机化学前沿》(InorganicChemistryFrontiers)于2020年7月，并附有封面。

磁铁用于从移动电话和计算机到医学成像设备的许多现代电子设备中。除了传统的基于金属的磁体之外，磁性领域的当前研究兴趣之一是对由金属离子和有机配体组成的单分子磁体的研究。单分子磁体的磁性仅起源于分子，并且已经提出在将来，单分子磁体可用于高密度信息存储，自旋电子学(spintronics)和量子计算机。

不幸的是，目前大多数已知的单分子磁体仅在接近绝对零(?273°c)的低温下显示其磁性能，这妨碍了它们在电子设备中的利用。据报道，2018年首个在液氮沸点(?196°C)范围内保持磁化的单分子磁体。这项研究是磁性材料领域的重大突破，因为它证明了单分子磁体在也可以实现更高的温度。

所报道的化合物在高温下的优异磁性能源自该化合物的最佳三维结构。从理论上讲，类似的设计原理可以用于包含多个金属离子的单分子磁体，但是控制多核化合物的三维结构更具挑战性。

桥联的有机自由基被用于新型化合物

代替完全控制所报道化合物的三维结构，本研究采用了不同的设计策略。

“像离子一样，有机基团也具有不成对的电子，可以与金属离子的不成对电子相互作用。因此，有机基团可以与金属离子一起用于控制系统的磁性能。特别有趣的有机基团是桥联的有机基团。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，而且两个有机基团桥接两个离子，并通过其不成对的电子形成一个薄饼键。”渥太华大学的MuraleeMurugesu对此进行了澄清。

“尽管众所周知两个基团之间存在煎饼键，但这还是第一次在两个金属离子之间观察到煎饼键。有机基团之间的相互作用通常被称为煎饼键，因为其三维结构相互作用的有机自由基就像一叠煎饼。”渥太华大学的JaclynL.Brusso教授说。

新化合物中的薄煎饼键非常牢固。因此，有机基团的未配对电子不会与the离子的未配对电子强烈相互作用，并且该化合物仅在低温下才能用作单分子磁体。但是，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，并已开始进行进一步的研究。

“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。通过选择正确的有机基团，我们不仅可以控制基团之间的煎饼键的性质，而且可以增强化合物整体的磁性”，于韦斯屈莱大学的学院研究研究员JaniO.Moilanen说道。

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