单分子磁体发展综述课件
磁单极子及磁洛伦兹力的探讨课件
当磁单极子在磁场中做圆周运动 时，其产生的磁场与普通磁铁产
生的磁场相同。
04
磁单极子与磁洛伦兹力的实 验验证
实验设计思路
建立磁场模型
选择合适的实验材料
为了验证磁单极子和磁洛伦兹力的存在， 需要建立一个合适的磁场模型，以便进行 实验操作和数据分析。
根据磁场模型的要求，选择具有磁性的材 料作为实验对象，如铁、钴、镍等。
03
磁单极子与磁洛伦兹力的关 系
磁单极子产生的磁场
磁单极子具有正负极性，能够产生磁场。
磁单极子的磁场分布与普通磁铁的磁场分布不同，其磁场线呈闭合曲线，没有N极 和S极的分离。
磁单极子的磁场强度与普通磁铁的磁场强度相同，均由磁单极子的磁荷量决定。
磁单极子在磁场中的受力分析
磁单极子在磁场中受到洛伦兹力 的作用，该力的大小与磁单极子 的磁荷量、磁场强度以及磁场的
磁单极子及磁洛伦兹力的探讨课件
目录 Contents
• 磁单极子简介 • 磁洛伦兹力概述 • 磁单极子与磁洛伦兹力的关系 • 磁单极子与磁洛伦兹力的实验验证 • 未来研究方向与展望
01
磁单极子简介
磁单极子的定义
01
磁单极子是指只具有N极或S极单 一磁极的磁性物质。
02
与常规的磁铁不同，磁单极子具 有长程的磁场，其磁力线呈闭合 曲线，因此不存在磁场消失的问 题。
确导向和控制。
新材料与新技术的应用
1 2
新材料的发现与应用
随着新材料技术的不断发展，有望发现具有优异 磁性能的新型材料，为磁单极子和磁洛伦兹力的 研究提供新的实验平台。
数值模拟技术的应用
利用高性能计算机进行数值模拟，可以更深入地 理解磁单极子和磁洛伦兹力的行为和机制。
13ic单分子磁体综述
Shedding Light on the Single-Molecule Magnet Behavior of Mononuclear DyIII Complexes
Daniel Aravena and Eliseo Ruiz*
Departament de Química Inorgan ̀ ica and Institut de Recerca de Química Teor ̀ ica i Computacional, Universitat de Barcelona, Diagonal 645, E-08028 Barcelona, Spain
INTRODUCTION Considerable effort has been made to produce molecular materials that could behave as small nanomagnets (singlemolecule magnets, SMMs). SMM behavior was detected for the first time at a low temperaቤተ መጻሕፍቲ ባይዱure in an [Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4] complex usually known as Mn12 (8MnIII4MnIV).1,2 The first systems were polynuclear transition metal complexes that exhibit slow relaxation of their magnetization, which is essentially controlled by an energy barrier that may fix the direction of spin. That spin direction may flip (relaxation process) due to thermal crossing of the barrier or tunneling, both from the ground state, or the process may be thermally assisted through low-lying excited states. SMM systems have two specific characteristics that have been well described in the past: steps in their hysteresis loops due to tunneling effects and frequency dependence of the imaginary part of the magnetic susceptibility under ac magnetic fields.3,4 From a practical point of view, it is more common to employ susceptibility measurements under ac fields to probe SMM properties. Many research groups have been searching for new highnuclearity systems5,6 with large barriers in the hope of devising high-temperature applications (since current SMMs normally present slow relaxation of their magnetization only below 10 K). However, in 2003, Ishikawa and co-workers7 presented a mononuclear complex [TbPc2]− containing only one TbIII cation that exhibits slow magnetization relaxation together with a huge anisotropic barrier. Since 2008, several mono© 2013 American Chemical Society
单分子(单链)磁体的研究
LT LS [LS-Co(III)LS-Fe(II)]
HT HS [HSCo(II)LS-Fe(III)]
65.5 K 3.1× 10-10
33.3 K 3.3×10-8
机理 5f-3d
Nature Chem. 2012,4,1011-1017
-1
-12.0
-7
-12.2
-12.3 0.30
-12.4
0.55
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
T /K
-1
D
-5
Linear Fit
-6
-7
S
-8
n=9.7
-9
-10
-3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4
任旻 主题报告 20130922
• 多功能：铁电 介电 自旋交叉。。。 • 机理：高能垒 弛豫 构效关系。。。 • 调控：光 电 溶剂 配体 取代基 。。。
多功能
JASC: /10.1021/ja407570n
2: HS J = −0.96(3) K and g = 2.02(5). 3: LS J1= −1.09(9) K, J2 = +0.04(1) K, and g = 2.00(5).
单分子（单链）磁体的研究进展
JASC: /10.1021/ja407570n Nature Chem. 2012,4,921-926 Nature Chem. 2012,4,1011-1017 Nature Chem. 2013,5,577-581 JACS: /10.1021/ja403154z Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 9130 –9134 Inorg. Chem. 2012, 51, 8538−8544 Nature Chem. 2013,5,673-678 Chem. Eur. J. 2013, 19, 12982 – 12990 JACS: /10.1021/ja405284t J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13242−13245
《分子磁性》课件
01
02
分子磁性的产生还与分子中的电子排布有关，不同的电子排布会导致不同的磁性表现。
分子磁性的起源与分子中的电子自旋有关。分子中的电子自旋会产生磁矩，从而产生磁性。
03
分子中的原子种类
不同原子具有不同的电子排布，从而影响分子的磁性。
01
分子的几何构型
分子的几何构型决定了分子中电子的排布，从而影响分子的磁性。
加强国际合作与交流
感谢您的观看
THANKS
总结词：近年来，分子磁性研究取得了许多重要的成果，为磁学领域的发展做出了重要贡献。
Байду номын сангаас
总结词
随着技术的不断进步和研究的深入，分子磁性研究的前景将更加广阔。
要点一
要点二
详细描述
未来，随着技术的不断进步和研究的深入，分子磁性研究有望在更多领域取得突破。例如，利用分子磁体的特性开发新型信息存储器件、传感器和逻辑运算器等，将有望引领信息技术的新一轮发展。此外，分子磁性研究还有望在生物医学、能源和环境等领域发挥重要作用，为解决人类面临的能源危机和环境问题提供新的解决方案。
分子磁性研究的意义
尽管分子磁性研究取得了一定的成果，但仍面临许多挑战，如提高分子磁体的稳定性、降低矫顽力、实现室温下的磁有序等。
面临的挑战
随着科技的不断进步，新的实验技术和理论方法不断涌现，为解决分子磁性领域的难题提供了新的机遇。
机遇
分子磁性研究需要物理学、化学、生物学等多个学科的交叉合作，以推动该领域的发展。
跨学科合作的重要性
未来应继续加强对分子磁性基础理论的研究，深入探索物质的磁学性质和微观机制。
加强基础研究
发展新的实验技术，提高对分子磁体的结构和性质的测量精度和可靠性。
单分子磁体_Mn_4_CF_3COO_4_hmp_6_的合成_晶体结构及磁学性质
Vol .28高等学校化学学报No .32007年3月 CHE M I CAL JOURNAL OF CH I N ESE UN I V ERSI TI ES 406～409单分子磁体[M n 4(CF 3COO )4(h m p)6]的合成、晶体结构及磁学性质那立艳1,2,宁桂玲1,张凤杰2,王 冰2(1.大连理工大学化工学院,大连116022;2.大连民族学院生命科学学院,大连116600)摘要 以[Mn 12O 12(CF 3C OO )16(H 2O )4]・2CF 3COOH ・4H 2O 和22羟甲基吡啶(h mpH )为起始物,在四氢呋喃溶液中合成了一种新的四核锰配合物[Mn 4(CF 3C OO )4(h mp )6].X 射线单晶衍射结果表明,该配合物属于单斜晶系,P 21/c 空间群,晶胞参数a =113663(3)n m,b =114705(3)n m,c =114734(3)n m,β=98151(3)°,V =219276n m 3,Z =2.配合物中有两个CF 3C OO -基团与七配位Mn2中心相连,其中一个为单齿配体,另一个是双齿配体.直流磁化率研究结果表明,该配合物具有较高的自旋基态,而交流磁化率依赖于外场频率变化极值的出现表明该配合物是一种单分子磁体.关键词 单分子磁体;锰配合物;合成;晶体结构;磁学性质中图分类号 O611.4;O641 文献标识码 A 文章编号 025120790(2007)0320406204收稿日期:2006206224.基金项目:国家自然科学基金(批准号:20376009)资助.联系人简介:宁桂玲(1958年出生),女,教授,主要从事纳米材料与无机超分子功能材料合成研究.E 2mail:ninggl@dlut .edu .cn近年来,单分子磁体在高密度信息存储技术方面显现出极大的应用潜力,因而备受瞩目[1].常规磁体的磁性源于大量自旋载体在晶体中分子间的相互作用及长程有序的结果,而单分子磁体是由相对独立的纳米尺寸的分子单元构成.在外磁场的作用下,它们的磁矩(自旋)可以统一定向取向,去掉外磁场后磁矩翻转需要克服较高能垒,故低温下分子磁矩重新取向的速度非常慢,即产生慢的磁弛豫现象.同时,单分子磁体所表现的量子化隧道效应成为解释磁现象的量子力学和经典力学之间的桥梁[2].到目前为止,单分子磁体的研究主要集中于金属锰的十二核配合物[3～5],其通式为[Mn 12O 12(O 2CR )16(H 2O )x ]n -(n =0,1,2;x =3,4),而核数在2～84之间的锰[6～8]及一些通过氧桥联的钒[9]、铁[10]、钴[11,12]、镍[13]的配合物也表现出了单分子磁体的性质[14].本文报道一种新的具有混合价态的四核锰配合物的合成及晶体学结构,磁学研究结果表明,该配合物是一种单分子磁体.1 实验部分1.1 试剂与仪器所用试剂均为市售分析纯.[Mn 12O 12(CF 3COO )16(H 2O )4]・2CF 3COOH ・4H 2O 按照文献[14]方法合成.红外光谱采用N icolet FT 2I R 740型红外光谱仪(K B r 压片)测试,测量范围400～4000c m -1.磁化率数据在MP MSXL 超导量子磁强计上测得.直流磁化率的测量温度范围2～300K,磁感应强度为011T .交流磁化率测量的温度范围118～3K,磁感应强度为3×10-4T,交流磁场的操作频率为1～997Hz,磁化率的数据由从帕斯卡常数推算的抗磁化率得到校正.晶体衍射数据在B ruker S MART 1000CCD X 射线衍射仪上收集.辐射源为钼靶,经石墨单色器单色化(λ=01071073n m ),数据用S ADABS 程序进行经验吸收校正.1.2 实验过程将2g [Mn 12O 12(CF 3COO )16(H 2O )4]・2CF 3COOH ・4H 2O 溶于10mL 四氢呋喃溶液中,加入015mL 22羟甲基吡啶(h mpH ),形成浅褐色的溶液,搅拌2d 后出现紫色沉淀.将该沉淀过滤,并用四氢呋喃及正己烷的混合溶液洗涤,然后将其溶解在乙腈溶液中,形成红褐色溶液.过滤该溶液,并在室温下将乙醚慢慢加入到滤液中,形成红褐色晶体,该晶体经过滤,乙醚洗涤,并于真空中干燥,以反应物[Mn 12O 12(CF 3COO )16(H 2O )4]・2CF 3COOH ・4H 2O 为基础计算产率约为19%.I R, ν(C O )/c m -1:1676(s ),1639(s ),1607(s ).2 结果与讨论2.1 晶体学数据与结构描述该配合物的晶体学数据列于表1,选择性键长和键角列于表2.Table 1 Cryst a llograph i c da t a and structura l ref i n e m en t param etersFor mula C 52H 52F 12Mn 4N 6O 16For mula weight 1464176Crystal system MonoclinicSpace gr oupP 21/c (No .14)a /nm 113663(3)b /nm 114705(3)c /nm114734(3)β/(°)98151(3)V /nm 3219276(10)Z2D c /[g ・c m -3]11662F (000)1484Crystal size /mm30119×0124×0128Te mperature /K 110I ndex range (h,k,l )-17/17,-18/19,-19/19θrange /(°)115—2715Tot .,uniq .data,R (int )26150,6637,01050R,wR 2010689,011831Goodness 2of 2fit11054Table 2 Selected bond d ist ances(nm )and bond angles(°)for the title co m plexMn1—O20.1869(3)Mn1—N10.2200(4)Mn2—O20.2200(3)Mn2—O50.2334(3)Mn1—O10.1874(3)Mn1—O30.2223(3)Mn2—O10.2227(3)Mn2—O30.2357(3)Mn1—O30.1991(3)Mn2—O60.2163(4)Mn2—N30.2285(3)Mn2—O40.2375(3)Mn1—N20.2064(3)O2—Mn1—O1176105(13)N2—Mn1—N194133(14)O6—Mn2—N386166(13)O1—Mn2—O371177(10)O2—Mn1—O383126(12)O2—Mn1—O395164(12)O2—Mn2—N3133190(11)N3—Mn2—O370131(11)O1—Mn1—O399102(12)O1—Mn1—O381158(12)O1—Mn2—N394103(11)O5—Mn2—O3143117(12)O2—Mn1—N281105(13)O3—Mn1—O381140(12)O6—Mn2—O591154(15)O6—Mn2—O488182(13)O1—Mn1—N296143(13)N2—Mn1—O396116(12)O2—Mn2—O5141153(11)O2—Mn2—O485131(11)O3—Mn1—N2163182(12)N1—Mn1—O3159166(12)O1—Mn2—O584103(12)O1—Mn2—O487178(11)O2—Mn1—N1103119(14)O6—Mn2—O290181(13)N3—Mn2—O584157(12)N3—Mn2—O4140154(12)O1—Mn1—N179197(13)O6—Mn2—O1175143O6—Mn2—O3112166(13)O5—Mn2—O456137(11)O3—Mn1—N193110(13)O2—Mn2—O191196(11)O2—Mn2—O368143(10)O3—Mn2—O4145148(11)F i g .1 V i ew of the m olecul ar structure of the title co m plex F i g .2 Pack i n g d i a gram of the title co m plex 图1是配合物[Mn 4(CF 3COO )4(h mp )6]的分子结构,图2是密堆积图.从图1可以看出,该配合物分子是由2个来自于h mp -基团的μ32O 原子连接4个锰原子构成的.hmpH 是一种含有氮、氧配位原子的多齿配体,由于其具有多种可能的连接方式,已成功地应用于单分子磁体的合成中[15].在该多齿704 No .3那立艳等:单分子磁体[Mn 4(CF 3COO )4(h mp )6]的合成、晶体结构及磁学性质配体结构中,hmpH 均是双齿配体,与Mn2相连的h mp -基团提供一个μ32O ,与Mn1相连的2个hmp -基团各个提供1个μ22O.在研究CF 3COO -基团的配位情况时,发现与Mn2配位的CF 3COO -基团中一个是单齿配体,另一个则是对称的双齿配体,CF 3COO -基团的这种连接方式,在四核配合物当中尚未见报道.由于Mn 3+具有较多的单电子,并在八面体场中发生各向异性的Jahn 2Teller 畸变,具有较大的零场分裂效应,所以是单分子磁体中最常见的金属中心.该配合物中Mn1处于略畸变的八面体中心,N1—Mn1—O3形成八面体的轴向,N1—Mn1(012200nm )和Mn1—O3(012223nm )的键长明显高于赤道面上的平均键长011949nm ,体现了d 4高自旋的Jahn 2Teller 拉长效应,因而Mn1可能为+3价.Mn2为七配位,处于畸变的五角双锥的中心,O1—Mn2—O6处于轴向位置,锰与配体间七配位的连接方式在单分子磁体中非常少见[16,17].Mn2与配体的平均键长为012277nm ,明显高于Mn1与配体的平均键长012037n m ,因而,Mn2的价态应该是+2价.键价计算(BVS )[18]结果表明,Mn1和Mn2的价态分别为3114和1181,证实了我们的估计.2.2 直流磁化率通过χm T 对温度T 的变化曲线可以获得配合物基态的信息.图3是χm T 对温度T 的变化曲线,χm T 值在室温时随温度的降低略有升高,在517K 达到最大值,经历一个极大值后又随温度降低迅速下降.根据相关文献报道[16,19],该化合物应具有铁磁性自旋交换作用,基态自旋值S =9.F i g .3 Plot of χm T vs.te m pera ture for the title co m 2plex m ea sured i n a 011T dc magneti c f ield F i g .4 Plot of the out 2of 2pha se ac magneti c suscepti 2b ility vs .te m pera ture for the title co m plex2.3 交流磁化率在交流磁化率的测定中,以特定频率振荡的弱场[通常为(1～5)×10-4T]加到样品上以跟踪样品磁弛豫的动力学过程.低温下,由于单分子磁体在高自旋和低自旋之间转换时要克服一个能量壁垒,从而导致翻转速率减慢.如果磁弛豫速率与外加交流磁场保持匹配,则能观察到一个虚部交流磁化率信号,并且虚部磁化率对温度的极值与外场频率有关,这一点已经成为衡量是否为单分子磁体的判据.图4是在4个不同频率时该配合物的交流磁化率的虚部对温度变化曲线.从图4中可以看出,温度低于3K 时,出现了依赖于外场频率的虚部磁化率信号,而其最大值将出现在仪器所能达到的最低温度118K 以下,磁弛豫作用的发生说明本文报道的配合物可能是一种单分子磁体.参 考 文 献[1] Gatteschi D.,Sess oli R..Angew .Che m.,I nt .Ed .[J ],2003,42(3):268—297[2] Thomas L.,L i onti F .,Ball ou R.,et al ..Nature[J ],1996,383:145—147[3] Sess oli R.,Tsai H.L.,Schake A.R.,et al ..J.Am.Che m.Soc .[J ],1993,115(5):1804—1816[4] Epp ley H.J.,Tsai H.L.,de V ries N.,et al ..J.Am.Che m.Soc .[J ],1995,117(1):301—317[5] Boskovic C .,Pink M.,Huff man J.C .,et al ..J.Am.Chem.Soc .[J ],2001,123(40):9914—9915[6] Murugesu M.,W ernsdorferW.,Raftery J.,et al ..I norg .Che m.[J ],2004,43(14):4203—4209[7] Piligkos S .,Rajara man G .,SolerM.,et al ..J.Am.Che m.Soc .[J ],2005,127(15):5572—5580[8] B rechin E .K .,Sanudo E .C .,W ernsdorferW.,et al ..I norg .Chem.[J ],2005,44(3):502—511[9] Castr o S .L.,Sun Z .,Grant C .M.,et al ..J.Am.Che m.Soc .[J ],1998,120(10):2365—2375804高等学校化学学报 Vol .28 [10] Goodwin J.C .,Sess oli R.,Gatteschi D.,et al ..J.Chem.Soc .,Dalt on Trans .[J ],2000,(12):1835—1840[11] Yang E .C .,Hendricks on D.N.,W ernsdorferW.,et al ..J.App l .Phys .[J ],2002,91(10):7382—7384[12] Song Y .,Zhang P .,Ren X .M.,et al ..J.Am.Chem.Soc .[J ],2005,127(11):3708—3709[13] Ochsenbein S .T .,Murrie M.,Rusanov E .,et al ..I norg .Che m.[J ],2002,41(20):5133—5140[14] Zhao H.H.,Berlinguette C .P .,Bacsa J.,et al ..I norg .Che m.[J ],2004,43(4):1359—1369[15] Harden N.C .,BolcarM. A.,W ernsdorferW.,et al ..I norg .Che m.[J ],2003,42(22):7067—7076[16] Yang E .C .,Harden N.,W ernsdorferW.,et al ..Polyhedr on[J ],2003,22(14—17):1857—1863[17] Yoo J.,B rechin E .K .,Ya maguchi A.,et al ..I norg .Che m.[J ],2000,39(16):3615—3623[18] B r own I . D.,A lter mate D..Acta Cryst .[J ],1985,B 41(4):244—247[19] Yoo J.,Yamaguchi A.,Nakano M.,et al ..I norg .Che m.[J ],2001,40(18):4604—4616Syn thesis,Cryst a l Structure and M agneti c Properti es of a S i n gle 2m oleculeM agnet [M n 4(CF 3COO )4(h m p)6]NA L i 2Yan1,2,N I N G Gui 2L ing 13,Z HANG Feng 2J ie 2,WANG B ing2(1.School of Che m ical Engineering,D alian U niversity of Technology,D alian 116022,China;2.College of L ife Science,D alian N ationalities U niversity,D alian 116600,China )Abstract The p reparati on,X 2ray structure characterizati on and magnetic p r operties are p resented for a ne w m ixed 2valence tetranuclear manganese co mp lex that functi ons as a single 2molecule magnet (S MM ),[Mn 4(CF 3COO )4(hmp )6],where hmp -is the ani on of 22(hydr oxy methyl )pyridine and is a N ,O bidentatechelate .The compound crystallizes in the monoclinic syste m ,s pace gr oup P 21/c (No .14)with unit cell pa 2ra meters a =113663(3)nm ,b =114705(3)n m ,c =114734(3)nm ,β=98151(3)°,V =219276nm 3andZ =2.The structure of the comp lex shows a novel coordinati on of the trifluor oacetate (TF A )ani ons,with oneani on acting as a monodentate ligand while the second one coordinating thr ough both oxygens t o the sa me Mn centre .D irect current magnetic suscep tibility measure ment in the 2—300K te mperature range supports a high 2s p in gr ound state .The p resence of a frequencey 2dependent alternating current suscep tibility signal indicates that the individual molecule is acting as the magnet .Keywords Single 2molecule magnet;Manganese comp lex;Synthesis;Crystal structure;Magnetic p r operty(Ed .:M ,G )关于召开“第四届全国微全分析系统学术会议”的通知(第一轮通知)第四届全国微全分析系统学术会议(μ2T AS 2007)将于2007年6月23～25日在大连举行。
磁学性能第一讲优秀课件
天然磁体(磁铁矿）：
人 造 磁 体
磁铁的磁性两端最强， 中间最弱。
磁极：磁体上磁性最强的部分。它 的位置在磁铁的两端。
将一个磁铁分割为数段，每一段 磁体上仍然有N极和S极
指南针对人类文明发展起了 很大的作用，世界上最早的指南 针是我国战国时期制造的“司 南”。我国不但是世界上最早发 明指南针的国家，而且是最早把 指南针用在航海事业上的国家。 据记载，南宋的时候，航海的人 已经用“罗盘”来指示航向了。
2）原子磁矩 轨道磁矩：电子循规运动（绕核子在s、p、d、f等轨道运动）产生的磁
矩。 大小： I与闭合环面积S的乘积。 方向:垂直于电子运动的轨迹平面，符合右手定则。 自旋磁矩：电子自旋运动产生的磁矩，方向平行于自旋轴。 电子磁矩：轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和。本征磁矩 原子核自旋产生的磁矩很小（重，速度很低），约为电子磁矩的1/2000，
❖ 圆电流产生的磁矩
Mm 0iS
i：电流强度(A) S：圆电流回线包围的面积(m2) Mm方向：右手定则
❖ 一根长为l (m)，极强为m (wb)的棒 状磁铁产生的磁矩。
Mm ml
方向：由S→N极
µ0Am2与wbm为同一量纲。
静磁能
磁矩与外加磁场的作用能称为静磁能，处于 磁场中某方向的磁矩所具有的静磁能
铁磁体的形状各向异性及退磁能
铁磁体在磁场中的能量为静磁能，包括
❖ 铁磁体与外磁场的相互作用能； ❖ 铁磁体在自身退磁场中的能量，称为退
磁能。
铁磁体的形状不同，其 退磁能不同，导致磁化 形为不同，称为形状各 向异性。
退磁场
当铁磁体表面出现磁极后， 除在铁磁周围空间产生磁场外， 在铁磁体内部也产生磁场，这一 磁场与铁磁体的磁化方向相反， 起到退磁作用，称为退磁场。
单分子磁体
簇合物 %G(+ G
纳米材料
信息材料
量子隧穿效应
设计和合成具有特定结构和物理功能的分子材
图( E2Q+ (
H D8(! F(! @ F! KP C (% @ L! F C G I 核的结构 R:;=?:=;9 *S :T9 ?*;9 *S :T9 H D8(! F(! @ F! KP C (% @ L! F C G I ?3=N:9;
法的研究可以提供重要信息 % 特别是要研究它们在 低温下的行为是否符合单分子磁体的要求。单分子 磁体的特点是通过磁偶合而具有较大的基态自旋 值 % 大的磁各向异性和较长的弛豫时间。 因而除了最 基本的分子结构鉴定方法 % 如 FG 射线单晶衍射 % 红 外光谱等外% 还使用一些特殊的研究手段来帮助确 定结构和测定磁性。 包括超导量子干涉仪 * HIJKL + % 高频电子顺磁共振 * M/GNOP + % 中子衍射% 热分析% 电 化学分析% 穆斯堡尔谱等。 研究分子磁性时最重要的几个参数是 * " + 式中 的郎德 * QB-R0 + 因子 $、 交换常数 %<% S 和零场分裂常 数 "。得到这些参数有两种方法 ) 一是量子化学计 算法 2 ’D 3 % 二是实验数据的拟合 2 ’E% ’# 3 。 在用拟合方法推求 $ 值和 % 值时就需要磁化 率 ! 和磁化强度 & 等实验数据。 HIJKL 是当前精度 最高的测量方法。 对 ,-!’ T1 2 !U 3 单晶的交流磁化率实
" " " "#
单分子磁体
王天维 林小驹 韦吉宗 黄 辉 游效曾!
!(""’B C
@ 南京大学配位化学研究所 A 配位化学国家重点实验室A 南京
单分子磁体发展综述 ppt课件
3. SMMs的发展历史
3. SMMs的发展历史
Ueff (Tb) = 331 K
3. SMMs的发展历史
[Pc2Tb]-
3. SMMs的发展历史 Ueff = 55.2 K
3. SMMs的发展历史
3. SMMs的发展历史 Na[LnDOTA(H2O)]·4H2O
Ueff (Er) = 39 K Ueff (Yb) = 29 K Angew. Chem. Int. Ed. 52, 350-354
A. M. Ako, A. K. Powell, et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 4926-4929.
3. SMMs的发展历史
{Mn84}
S = 6, Ueff = 18 K
3. SMMs的发展历史
{Fe42}
S = 45 D≈0
S. Kang, C. Duan and O. Sato, et al., Nat. Commun., 2015, 6, 5955.
Ueff (Dy) ≈ 2590 K
4. SMMs未来的发展展历史
3. SMMs的发展历史
3. SMMs的发展历史
Ueff = 37.83 K Ueff = 39.35 K Ueff = 39.79 K
3. SMMs的发展历史
Ueff1 = 9.7 K Ueff2 = 170 K
3. SMMs的发展历史
Ueff1 = 19.7 K Ueff2 = 173 K
3. SMMs的发展历史
3. SMMs的发展历史 Ueff1 = 181 cm-1
3. SMMs的发展历史
J. M. Zadrozny, J. R. Long, et al., Nat. Chem. 2013, 5, 577-581
单分子磁体和单链磁体
Single Chain Magnet !
Chain: Co(bt)(N3)2
Co-Co: 3.334-3.636(2)Å
Dimer
Co-Co: 3.325(1) Å
S…S and S…N separations between chains: 3.859(2), and 3.430(5) Å, the sum of van der Waals radius (3.70, 3.39 Å, respectively). Co…Co: 8.541(1) Å Gao, S. et al, J.Am.Chem.Soc., 2003; 125(46); 13976.
反铁磁体
反铁磁体不同于抗磁体： 1. 有自旋磁矩
2. 高温是顺磁性的
亚铁磁性物质
• 在温度TN以下 单个磁矩有序排步, TN称为 Néel温度。 • 存在自发磁化
亚铁磁体
1. 微观磁结构上类似 于反铁磁体。 2. 从宏观磁特性上类 似于铁磁体。
弱铁磁性物质
两个自旋反铁磁相互作用 ，但因为太小而没有达到 反平行排步，而是有一定 的夹角（小于 180°）
重要的结论： 1.闭壳层原子（离子）是没有磁性的。如：2p6，3d10 2.半满轨道没有轨道贡献。例如：Mn2+ （ 3d5 ） ， 可以用仅自旋式来计算磁矩：
Hale Waihona Puke S n(n 2) B二、宏观物质的磁性
物质种类 典型特征 典型代表 理论解释
抗磁性物质
0，10-710-6
惰性气体，大多数有 没 有 成 单 电 子 的 机物。 存在
Mn12acetato
16(H2O)4]•2CH3COOH
•4H2O
S=2
磁性材料基础知识-ppt课件
求其轴线上一点 p 的磁感强度的方向和大小.
Idl
r
dB
B
o
R
p B
x
*
x
I
dB 0
4π
Idl r2
解: 根据对称性分析
毕奥—萨伐尔定律的应用2
Idl
sin R
R
o
r
x
dB
*p x
r2 R
B0I
4π
r 2 x2
sindl
l r2
dB x
dB 0
4π
Idl r2
dB xdsBin4 π 0Isri2 n dl
0I dl
2πR l
I B
dl
oR
l
l 设 l 与 I 成右螺旋
关系
3.3 安培环路定理-应用
求载流螺绕环内的磁场 （已知 n N I）
1） 对称性分析；环内 B 线为同心圆，环外 B 为零.
2 ）选 回路(顺时针圆周) .
lB d Bl 2 0π NR I B 0 NI
2π R
d
令L2πRB0NIL
内部交流报告
磁性材料基础知识
提纲
1 磁性材料的发展简史
2 磁学基本常识
磁性来源 磁学基本概念 磁性材料分类
3 电磁学主要定律-恒稳/交变磁场
4 磁性材料性能分析
5 磁性材料应用实例
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
一、磁性材料发展简史（续）
• 1946年 Bioembergen发现NMR效应 • 1948年 Neel建立亜铁磁理论
单分子磁体的研究进展
单分子磁体的研究进展学生：施张胜指导老师：王晓玲淮南师范学院化学与化工系摘要：单分子磁体为纳米尺寸，磁特性源自单个分子的内部,可以独立地作一个磁功能单元，是突破尺寸对传统磁体性能制约的一条连径。
已知单分子磁体基本上是含Mn、Fe、V、Cr和一些其他金属元素的簇合物，有望用来制造分子器件、磁存储材料等。
本文介绍了一些典型的单分子磁体的研究和发展趋势。
关键词：单分子磁体；金属簇合物；磁性Progress of Research on Single Molecular MagnetsStudent：Shi zhangshengSupervisor：Wang xiaolingDepartment of Chemistry and Chemical Engineering of Huainan Normal University Abstract：Single Molecular Magnets (SMM) could act as independent magnetieally functional units since they are nano-sized compound molecules and molecular clusters. The related magnetic properties are attributed to the metallic ions interior of molecule, which indicates the dimension restrict for traditional magnets could be surmotmted. SMMs representatively contain metal clusters such as Mn, Fe, V and Cr etc, and can potentially be used to produce such as molecular devicce and magnetic recording materials, The progress of research on SMMS are introduced this paper.Key words: Single Molecular Magnets; clusters; magnetism单分子磁体的研究进2 前言磁学是物理学中一个古老的重要分支，磁性材料的应用也为人类社会的发展带来了巨大影响。
小学教育ppt课件教案了解磁性材料的历史发展
一种常见的软磁性材料，由铁、锰、锌等元素氧化物烧结而成，具有较高的电阻率和较低的矫顽力。
铁氧体
如钕铁硼、钐钴等，具有较高的磁性能，广泛应用于电机、发电机等领域。
金属永磁材料
由永磁体和粘合剂复合而成，具有较好的机械性能和耐腐蚀性能。
复合永磁材料
02
CHAPTER
古代对磁性材料认识和利用
古代人们在寻找金属矿石时，偶然发现了天然磁石，即具有磁性的天然矿物。
小学教育ppt课件教案了解磁性材料的历史发展
目录
磁性材料基本概念与特性古代对磁性材料认识和利用近现代磁性材料研究进展与突破磁性材料在科技领域应用及影响日常生活中磁性材料应用实例总结回顾与拓展延伸
01
CHAPTER
磁性材料基本概念与特性
指在磁场中能被磁化，去磁后又能够恢复抗磁性的材料。
磁性材料定义
THANKS
感谢您的观看。
学生应总结学习过程中的收获和感悟，为今后的学习提供借鉴和参考。
学生应自我评价对磁性材料历史发展的理解程度，包括对关键知识点的掌握情况。
新型磁性材料可能具有更高的磁性能，如更高的矫顽力、剩磁和磁能积等。
新型磁性材料可能具有更广泛的应用领域，如医疗、能源、环保等。
新型磁性材料的研发需要不断探索和创新，学生可以通过查阅相关资料、参加科技活动等方式了解最新进展。
音响喇叭：音响喇叭是一种将电能转换为声音的设备，利用磁性材料的特性，将电信号转换为声音信号。
磁悬浮列车
01
磁悬浮列车是一种利用磁性材料实现列车悬浮和导向的交通工具。磁悬浮列车通过强大的磁场将列车与轨道分离，消除了传统列车与轨道之间的摩擦力，实现了高速、无噪音、低能耗的运行。
电子门锁
02
磁性材料ppt课件
磁性是自然科学史上最古老的现象之一
磁性材料是最早被人类认识和利用的功能材料，伴随了人类 文明的发展。 人类对于磁性材料的最初认识源于天然磁石。 公元前三世纪《管子》：“上有慈石者，下有铜金。” 《吕氏春秋》九卷精通篇：“慈招铁，或引之也。”
磁铁矿(Fe3O4) 或磁赤铁矿(γ-Fe2O3)
指南针——磁性材料的最早应用
物质磁性:
物质放入磁场中会表现出不同的磁学特性，称为物质的磁性。
4. 材料磁性的分类及应用
（1） 物质磁性的分类
按物质在磁场中的表现：磁化率的正负、大小及其与温度 的关系来进行分类， 在晶状固体里，共发现了五种主要类型的磁结构物质，它 们的形成机理和宏观特征各不相同，对它们的成功解释形成 了今天的磁性物理学核心内容。 70 年代以后——非晶材料和纳米材料——新的磁性类型，
➢
W. Gilbert 《De Magnete》磁石，最早的著作
➢18世纪 奥斯特 电流产生磁场
➢
法拉弟效应 在磁场中运动导体产生电流
➢
安培定律 构成电磁学的基础, 开创现代电气工业
➢1907年 P. Weiss的磁畴和分子场假说
➢1928年 海森堡模型，用量子力学解释分子场起源
➢1931年 Bitter在显微镜下直接观察到磁畴
基本特征是存在一个磁性转变温度，在此点磁化率温度关系 出现峰值。
文献中也绘成磁化率倒数和温度关系的：
1磁
化 率
表
现
复
杂
Tp
TC
T (K )
铁磁性 T p TC
低温下表现为反铁磁性的物质，超过磁性转变温度
（一般称作Neel温度）后变为顺磁性的，其磁化率温度
关系服从居里-外斯定律： = C
单分子磁体
5.3
早在80年代就合成了[Mn12O12 (O2CR)16(H2O)4 ]， 早在80年代就合成了 80年代就合成了 ，
它是迄今为止研究得最为彻底的单分子磁体的例子。 它是迄今为止研究得最为彻底的单分子磁体的例子。
在此基础上还发展出了一系列簇合物， 在此基础上还发展出了一系列簇合物，主要有三种
修饰方法。 修饰方法。
结构图
图 4 [Mn12O12(O2CCH3)16(H2O)4]·2(CH3COOH)·4H2O构型示意图 构型示意图
结构图
图5Байду номын сангаас
[V4O2(O2CEt)7(bpy)2]+的ORTEP作图 作图(bpy：2,2(-联吡啶 联吡啶) 作图 ： 联吡啶
5、Mn-O簇合物的研究机理及制备
簇合物的研究： 5.1 Mn-O簇合物的研究：对Mn簇合物的研究主要有 簇合物的研究 簇合物的研究主要有 两个方面。 主要是作为生物模拟物， 两个方面 。对Mn3或Mn4主要是作为生物模拟物， 对它们的磁性已作了较多的研究。对于 5以上簇 对它们的磁性已作了较多的研究。对于Mn 合物主要用于获取高自旋分子。 合物主要用于获取高自旋分子 。 目前得到的单分 子磁体有Mn ， 子磁体有 4， Mn10 ， Mn12 ， Mn30 ， 而 Mn6 ， Mn7 ， Mn8，Mn9仅仅得到高自旋分子。 仅仅得到高自旋分子。
第三类单分子磁体是几种不同的铁配合物 。 如 [Fe8O2(OH)12(tacn)6]8+。其中tacn代表 其中 代表1,4,7-三氮杂 三氮杂 代表 环壬烷,三氮大环。 环壬烷 三氮大环。 三氮大环 第四类是过渡金属异核单分子磁体。 第四类是过渡金属异核单分子磁体。如[Mn6Cr]。 。 第五类是稀土基及过渡金属-稀土杂核单分子磁体。 第五类是稀土基及过渡金属 稀土杂核单分子磁体。 稀土杂核单分子磁体
单分子磁体发展综述PPT课件
(SMMs)
2020/3/20
冷际东
广州大学化学化工学院
1
1. 什么是SMMs 2. SMMs的特点和性质 3. SMMs的发展历史 4. SMMs未来的发展方向
2020/3/20
2
1. 什么是SMMs 分子基磁性材料
top-down
bottom-up
TB = 14 K Ueff = 227 cm-1
2020/3/20
31
3. SMMs的发展历史
J. Am. Chem. Soc., 2012, 134 (45), pp 18546–18549
2020/3/20
32
3. SMMs的发展历史
2020/3/20
33
3. SMMs的发展历史
2020/3/20
34
3. SMMs的发展历史
2020/3/20
Ueff = 37.83 K Ueff = 39.35 K Ueff = 39.79 K
35
3. SMMs的发展历史
Ueff1 = 9.7 K Ueff2 = 170 K
2020/3/20
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3. SMMs的发展历史
2020/3/20
Ueff1 = 19.7 K Ueff2 = 173 K
Ueff 1 = 11.0 cm-1 , t1 = 7.7 x 10-4 s, Ueff 2 = 82.1 cm-1 , t2 = 6.2 x 10-7 s
19
3. SMMs的发展历史
{Cr2Dy2}
2020/3/20
Ueff (Cr2Dy2) = 77 K Ueff (Co2Dy2) = 79 K
单分子磁体
Department of Chemistry University of Florida PO Box 117200 Gainesville, FL 32611 USA 352-392-6737 (voice) 352-392-8757 (fax) email: christou@
分子固体的合成简单、温和，具有组成、结构的裁剪和调制
性，可以对具有特定结构和性能的“分子预制件”(Building Block)进行组装。
基于分子固体的可组装特性和易与模板、特定界面和表面进
行复合的特性，容易实现功能的复合和增强。
分子固体在形态上的易控性使之利于小型化和器件化，较易
实现器件的功能性。
Figure. (top) Magnetization hysteresis loop at 1.85 K for oriented crystals of
(PPh4)[Mn12O12(O2CEt)16(H2O)4]; and (bottom) plot of the first derivative of the hysteresis loop emphasizing the positions of the steps.
发表文章情况： Nature （12） Science （3）
J. Am. Chem. Soc…
Angew. Chem. Int. Ed…
R. Sessoli, D. Gatteschi G. Christou
Department of Chemistry, University of Florence Via della Lastruccia 3 Polo Scientifico 50019 Sesto Fiorentino, Italy Tel. +39-055-4573268; Fax +39-055-4573372 E-mail: roberta.sessoli@unifi.it
单分子磁体隧道结_概述说明以及解释
单分子磁体隧道结概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在当前科技发展的背景下，单分子磁体隧道结作为一种新型材料引起了广泛关注。
它具有独特的电学和磁学性质，能够应用于量子计算与信息存储、纳米电子器件以及磁性材料研究等领域。
本文将对单分子磁体隧道结的基本原理、应用领域以及实验方法进行深入的探讨和阐述。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，每个部分包含若干小节。
接下来将依次介绍各个部分的内容：第一部分是引言，主要对文章进行概述，并介绍文章的结构。
第二部分是单分子磁体隧道结的基本原理，包括隧道效应、单分子磁体的介绍以及隧道结的制备与性质等内容。
第三部分是单分子磁体隧道结的应用领域，包括量子计算与信息存储、纳米电子器件以及磁性材料研究等方面。
第四部分是实验方法及测量技术，涵盖了制备单分子磁体隧道结样品的方法、光学和电学特性测量技术以及磁学特性测量技术等内容。
最后一部分是结论，总结了文章的主要观点，并展望了单分子磁体隧道结在未来的应用前景。
1.3 目的本文旨在全面介绍单分子磁体隧道结的原理、应用领域及实验方法，为读者提供对这一领域有深入了解的基础。
同时，通过对现有研究成果进行梳理和分析，期望能够推动该领域的发展，并为相关科研人员和工程师提供参考和借鉴。
2. 单分子磁体隧道结的基本原理2.1 隧道效应隧道效应是指当两个介质之间存在能量势垒时，通过这一势垒传递粒子的现象。
在单分子磁体隧道结中，隧道效应是通过隧道结区域内的电子来实现自旋转换和磁性耦合的。
2.2 单分子磁体介绍单分子磁体是一种由单个分子构成的纳米尺度磁性材料。
它具有特殊的电子自旋结构，可以表现出不同于传统宏观尺度材料的独特性质。
单分子磁体通常由一个中心金属离子或配位离子与多个有机配体组成。
2.3 隧道结的制备与性质单分子磁体隧道结是通过将两个电极（例如金属、半导体、超导材料等）之间插入单分子磁体形成的。
这种隧道结通常是非晶态或微晶态的，并且具有较小的缺陷浓度和较大的界面面积，以促进电荷和自旋输运。
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3. SMMs的发展历史
[MnIII6O2(Etsao)6(O2CPh(Me)2)2(EtOH)6]
S = 12, D = -0.43 cm-1, Ueff = 86.4 K
学习交流PPT
17
3. SMMs的发展历史
3d-4f
学习交流PPT
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3. SMMs的发展历史
Ueff 1 = 11.0 cm-1 , t1 = 7.7 x 10-4 s, Ueff 2 = 82.1 cm-1 , t2 = 6.2 x 10-7 s
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3. SMMs的发展历史
Ueff1 = 19.7 K Ueff2 = 173 K
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3. SMMs的发展历史
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3. SMMs的发展历史
Ueff (Tb) = 331 K
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3. SMMs的发展历史
[Pc2Tb]-
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40
Ueff2 = 71 K
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3. SMMs的发展历史
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3. SMMs的发展历史
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3. SMMs的发展历史
U 学习交流PPT eff1 = 150 K, Ueff2 = 198 K
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3. SMMs的发展历史
Ueff ห้องสมุดไป่ตู้ 76 K
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29
[1] R. Sessoli, D. Gatteschi, et al., J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 1804-1816.
[2] R. Sessoli, D. Gatteschi, et al., Nature 1993, 365, 14学1-习14交3.流PPT
5
2. SMMs的特点和性质 第一例SMM Mn12
12
3. SMMs的发展历史
学习交流PPT
13
3. SMMs的发展历史
Mn19
U = S2|D|
S = 83/2，D = 0.004 cm-1
A. M. Ako, A. K. Powell, et al., Ang学e习w交. C流hPPeTm. Int. Ed., 2006, 45, 4926-4929.
> 10 nm
分子基磁体Fe8（左）与Tb2（右）
< 3 nm
学习交流PPT
3
1. 什么是SMMs 分子基磁性材料
有机自由基化合物
分
子
有机自由基-金属配合物
基
磁
性
材
金属配位化合物
料
单分子磁体 single-molecule magnets
分子基磁制冷剂 molecular magnetic coolers
学习交流PPT
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3. SMMs的发展历史
{Cr2Dy2}
Ueff (Cr2Dy2) = 77 K Ueff (Co2Dy2) = 79 K
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20
3. SMMs的发展历史
Ueff (1∙3H2O) = 422 K Ueff (1) = 600 K
Scientific Reports, 2015, 5, 16621
学习交流PPT
32
3. SMMs的发展历史
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3. SMMs的发展历史
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3. SMMs的发展历史
学习交流PPT
Ueff = 37.83 K Ueff = 39.35 K Ueff = 39.79 K
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3. SMMs的发展历史
Ueff1 = 9.7 K Ueff2 = 170 K
6
2. SMMs的特点和性质
学习交流PPT
7
2. SMMs的特点和性质
1 K = 0.695039 cm-1
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8
2. SMMs的特点和性质
学习交流PPT
9
2. SMMs的特点和性质
学习交流PPT
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2. SMMs的特点和性质
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2. SMMs的特点和性质
学习交流PPT
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4
1. 什么是SMMs 第一例SMM Mn12
单分子磁体的特征
1 由分立的分子构成 2 在低温下出现慢的磁弛豫行为
单分子磁体的必要条件
Mn12OAc分子的簇核结构和自 旋排列方向 S = 10, D = -0.70 K, U = S2|D| = 70 K, Ueff ≈ 61 K
1 大的分子基态自旋 S 2 负的(单轴的)磁各向异性 D 值
3. SMMs的发展历史
Ueff = 55.2 K
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3. SMMs的发展历史
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3. SMMs的发展历史 Na[LnDOTA(H2O)]·4H2O
Ueff (Er) = 39 K Ueff (Yb) = 29 K
An学g习e交w流.PPCT hem. Int. Ed. 52, 350-354
3. SMMs的发展历史
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30
3. SMMs的发展历史
J. D. Rinehart, J. R. Long, et al., Nat. Chem. 2011, 3, 538-542.
TB = 14 K Ueff = 227 cm-1
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3. SMMs的发展历史
J. Am. Chem. Soc., 2012, 134 (45), pp 18546–18549
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3. SMMs的发展历史
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3. SMMs的发展历史
Ueff1 = 181 cm-1
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3. SMMs的发展历史
J. M. Zadrozny, J. R. Long, et al., Nat. Chem. 2013, 5, 577-581
[Fe(C(SiMe3)3)2]2Ueff = 325 K
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3. SMMs的发展历史
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22
3. SMMs的发展历史
Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 9375-9379
学习交流PPT
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3. SMMs的发展历史 {Cu36Ln24}
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3. SMMs的发展历史
Ueff1 = 56 K
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4. SMMs未来的发展方向
Ueff ≈ 29 K
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4. SMMs未来的发展方向
Stronger exchange
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3. SMMs的发展历史
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J. Am. Chem. Soc.,
2014, 136 12213– 12216
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3. SMMs的发展历史
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48
3. SMMs的发展历史
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49
3. SMMs的发展历史
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3. SMMs的发展历史
单分子磁体 Single-Molecule Magnets (SMMs)
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1
1. 什么是SMMs 2. SMMs的特点和性质 3. SMMs的发展历史 4. SMMs未来的发展方向
学习交流PPT
2
1. 什么是SMMs 分子基磁性材料
top-down
bottom-up
CPU（左）与硬盘（右）
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Ueff = 1025 K
51
3. SMMs的发展历史
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52
3. SMMs的发展历史
Ueff = 1815 K
学习交流PPT
53
4. SMMs未来的发展方向 Chem. Commun., 2015,51, 101-103
Ueff (Dy) ≈ 2590 K
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14
3. SMMs的发展历史
{Mn84}
S = 6, Ueff = 18 K
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3. SMMs的发展历史
{Fe42}
S = 45 D≈0
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S. Kang, C. Duan and O. Sato, et al., Nat. Commun., 2015, 6, 5955.
单分子磁体的自旋翻转能垒（a）和磁 量子隧穿弛豫（b）示意图[3]
Mn12OAc的单晶在不同温度下 沿易磁化轴方向的磁滞回线[4]
高密度信息存储
量子计算
[3] D. Gatteschi, R. Sessoli, Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 268-297.
[4] R. Sessoli, D. Gatteschi, et al., Nature 1996, 383, 1学45习-1交4流7.PPT