中科院物理所等首次在含稀土离子的单分子磁体中观察到磁介电效应

分 子磁体 中的磁 电耦合效应 ，最 终实现 电场对单分子 磁
体磁 性的调控 。
以上 研究结 果 已发表于 《美 国化 学会 志 》 （Ｊ．Ａｍ．
Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１４０，７７９５—７７９８（２０１８））。马怡妮娜 为论文的
共 同第一作者 ，孙 阳为论 文的共 同通讯作者 。该工作 得
到了国家 自然科学基金重点项 目 பைடு நூலகம்１１５３４０１５）的支持 。
子磁 体有望作 为信 息存 储单元 ，用 于实现 超高密度 信息存 储 。同时 ，对单 分子磁体 的磁化 量子隧穿 效应 的研究也有
利 于揭示量 子力 学行为是如何在宏观尺度上起作用 ，并可能应用于量子计算 。 自 １９９３年发现第一个单分子磁体 Ｍｎ１２
以来 ，人 们已经合 成 出大量基 于过渡金属磁性离子和 稀土磁性离子 的单分子磁体 ，并对其磁性开展 了深入 的研究 。然
行 为和磁 各向异性 。在此基础上 ，马怡妮娜利用孙 阳研究组 自主研制 的多功能磁电耦合测量系统 ，仔细测量 了该单分
子磁体 不同晶向的介电常数随温度和磁场 的变化 。在低 温下 （２—４Ｏ Ｋ），其介 电常数 随磁场增 加而上 升 ，到 ８Ｔ磁场
时依 然没有饱和 ，表 现出显 著 的磁介 电效 应。该效应被认 为是来源 于高 自旋态 的三价 Ｄｙ离子 ，具有较 强的 自旋 一晶
中科院物理所等首次在含稀 土离子的单分子磁体 中观察到磁介 电效应
单 分子磁体 （ｓｉｎｇｌｅ—ｍｏｌｅｃｕｌｅ ｍａｇｎｅｔ）是 由分立的 、无磁 性相互作 用的纳米 尺寸分子单元 构成 的一类 特殊磁体 ，
每个分子都 是一个 独立的磁 性功能单元 ，其在高温下表 现为超顺磁性 ，在低温下 出现磁滞和磁化量子隧穿行为 。单分
（中科 院物理 所 ）
【Ｄｙ（Ｌ）２（Ｃ Ｈ５ＯＨ）ＣＩ３】．Ｃ２ＨｓＯＨ单分子磁体 的晶体结构
Ｄｙ－基单分子磁 体的 交流 磁化率
Ｔ Ｋ
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Ｄｙ一基 单分 子磁 体 的磁 化 曲线和磁 介 电效 应
Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ·２３
王玉霞等利用溶液缓慢蒸 发 法合成 出一种 ［Ｄｙ（Ｌ）：（ｃ ＨｓＯＨ）Ｃ１。】．Ｃ ＨｓＯＨ单 分子磁体单 晶样 品 ，尺寸可 以达 到毫米
量级 ，为电学测量 打下 了基础 。在该 晶体 中 ，强 自旋 一轨道耦合 的 Ｄｙ离子处于 轻微 畸变 的／ 面体 配位场 中，具有单
轴各 向异 性 ，有利于形 成单分子磁体 。通过交流磁化率 和直流磁 化强度 的测量 ，确定了该单分子磁体 的低温磁性 弛豫
格耦合 ，外加磁场导致局域 晶格 的收缩 ，进而产生 电容 的变化 。这是首次在单分子磁 体中观察到磁介 电 ，磁 电容效 应 ，
预 示着在单分子磁体 中也有望实 现本征磁 电耦合效应 。
未来 ，研究者将通过结构设计 ，尝试在单分子磁体 中通
过 打破空间反演对称 引入铁 电极 化 ，从而进一步增强 单
而 ，对 于单分子磁体 的电学性质 的研究 还鲜有报道 。近期 ，中国科学 院物理研究所 ，北京凝 聚态物理 国家研究 中心磁
学 国家重 点实验室研 究员孙 阳指导博士生马怡妮娜 与南开 大学化学 系博士 王玉霞 、教授师唯 、程鹏等合作 ，研究 了单
分子磁体 的介电性质 ，首次在一种含稀土离子 Ｄｙ的单分 子磁体 中，观察 到显 著的磁介电效应 。