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Angew多稳态磁性新型存储MOF材 [复制链接]

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中山大学编辑

化学加

导读进入新世纪以来,信息技术越来越成为全球经济中最宏大、最具活力的产业。然而随着磁盘提速运转,传统材料的存储容量及运算速度终将达到物理极限,成为制约该领域发展的一大瓶颈。因此开发轻型化、便携化和超高密度的新型存储材料迫在眉睫。

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缩小信息记录点尺寸是提高存储密度的有效途径之一,自旋交叉材料与单分子磁体和电荷转移体系都是典型的磁双稳态体系,可望在分子水平上实现信息存储,近年来引起了世界各国研究人员的极大兴趣,它们将可能代表微电子工业的最小型化,使有限空间内的计算机储存和运算功能达到质的飞跃。相对于传统的具有0和1两种状态的磁双稳态材料,开发三稳态、四稳态和五稳态等多稳态磁性材料是实现超高存储密度的有效途径。

分子双稳态是指分子在一定的外界条件下可以存在两种稳定或介稳的电子状态。具有d4-d7电子构型的过渡金属离子在八面体场中受外界的某些扰动时,其电子构型会发生重组,由高自旋态(high-spin,HS)变为低自旋态(low-spin,LS),这两种状态分别对应着金属轨道能级中电子的排布出现最大和最小未成对电子数目的情况,被称为自旋交叉(spincrossover,SCO)或者自旋转换现象(spintransition,ST)。

自旋交叉材料可在温度、压力和光照的微扰下实现高自旋(HS)和低自旋(LS)两种状态的可逆转变,并伴随着结构、颜色、磁性和介电等性质的巨大改变,因此在高密度信息存储、显色器件、开关材料等方面具有潜在的应用。鉴于自旋交叉性质对客体分子极其敏感,客体分子的吸附和脱附可有效地改变主体的自旋交叉性质,因此客体调控的自旋交叉体系有望应用于化学传感器,在近十几年来受到了广泛的重视。近年来多步自旋交叉性质因其具有多个稳定的电子自旋态而成为研究热点,它有望实现超高密度信息存储。

中山大学化学学院童明良教授和倪兆平副教授团队首次提出引入活性客体来调控金属有机框架(MOF)体系自旋转换性能的策略,并成功地通过特定活性客体的可逆化学变化得到验证(Angew.Chem.Int.Ed.,52,);通过引入双吡啶三氮唑阴离子配体设计组装出自旋转换温度创纪录的自旋交叉材料(Chem.Sci.,3,;Coord.Chem.Rev.,,,28)。

在此基础上,该研究团队最近通过精心设计,将氨基官能团引入到霍夫曼型MOF材料中,合成了首例具有HS0.0LS1.0?HS0.25LS0.75?HS0.5LS0.5?HS0.75LS0.25?HS1.0LS0.0五种自旋状态的四步自旋转变MOF材料,并通过磁性、差示扫描量热法和单晶衍射法进行了表征确认。对于HS0.25LS0.75自旋态,他们从结构上捕捉到首例具有LS-LS-LS-HS三维有序交替排列特征的磁结构。更加令人惊奇的是,通过对主客体间超分子作用的调控可以实现四步、两步和一步自旋交叉性质之间的可逆转变,为设计具有多步自旋转变的多稳态磁性材料提供了新的思路。

客体可逆调控四步、两步和一步自旋交叉行为示意图

该研究成果最近发表于Angew.Chem.Int.Ed.上(WeiLiu,Yuan-YuanPeng,Si-GuoWu,Yan-CongChen,Md.NajbulHoque,Zhao-PingNi*,Xiao-MingChenandMing-LiangTong*,Angew.Chem.Int.Ed.,,DOI:10./anie.08973),题为“GuestSwitchableMulti-StepSpinTransitioninanAmine-FunctionalizedMetal-OrganicFramework”。中山大学化学学院博士研究生刘维和彭媛媛是论文的共同第一作者,倪兆平和童明良是共同通讯作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金重大研究计划集成项目和中山大学的支持。

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