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Approaching the uniaxiality of magnetic anisotropy in singlemolecule magnets

Science China Chemistry 2023年第3期66卷 683-702页

作者： Chen Wang Yin-Shan Meng Shang-Da Jiang Bing-Wu Wang Song Gao School of Chemistry Chemical Engineering and Life ScienceWuhan University of TechnologyWuhan 430070China Beijing National Laboratory of Molecular Science Beijing Key Laboratory for Magnetoeletric Materials and DevicesCollege of Chemistry and Molecular EngineeringPeking UniversityBeijing 100871China State Key Laboratory of Fine Chemicals Dalian University of TechnologyDalian 116024China Spin-X Institute School of Chemistry and Chemical EngineeringState Key Laboratory of Luminescent Materials and DevicesGuangdong-Hong Kong-Macao Joint Laboratory of Optoelectronic and Magnetic Functional MaterialsSouth China University of TechnologyGuangzhou 510641China

Single-molecule magnets(SMMs),which can exhibit slow magnetization relaxation and bulk-magnet-like hysteresis of purely molecular origin,are promising candidates for high-density information storage,molecular spintronics,and quantum computing.To realize their applications,it is crucial to improve the blocking temperature(TB)and the effective relaxation barrier(Ueff).Three decades of multidisciplinary research have yielded distinct SMMs with a state-of-the-art Ueff of up to 2,000 K and a TB of up to the liquid nitrogen region.Several strategies have been investigated and summarized,which revealed that enhancing the uniaxiality of magnetic anisotropy is critical for constructing high-performance SMMs.Therefore,magnetic anisotropy,a key property that connects the molecular structure symmetry and performance of SMMs,plays a fundamental role in dictating magneto-structural correlations.Understanding and employing magnetic anisotropy would be significantly beneficial for rationally designing high-performance SMMs.This review focuses on the magnetic anisotropy of SMMs.We illustrate the origin and manifestation of magnetic anisotropy in mononuclear 3d-and 4f-block metal complexes.We then introduce developed approaches to investigate magnetic anisotropy both theoretically and experimentally.Typical SMMs by optimizing uniaxial magnetic anisotropy through lanthanide metallocene,symmetry controlling,and low-coordination approaches are represented.Furthermore,the remaining challenges and opportunities in this field will be discussed.

关键词： single-molecule magnets magnetic anisotropy uniaxiality lanthanide

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CoFe2O4的磁场退火效应和Pb2Fe2O5的多铁性研究

CoFe2O4的磁场退火效应和Pb2Fe2O5的多铁性研究

引用

作者：郑渊侠南京大学

学位级别：硕士

本文的研究内容分为两个部分,一是磁场退火效应的研究,二是探索和研究新型的单相多铁性材料。在前一个研究中，我们主要针对多晶CoFe2O4的磁退火效应进行了深入的研究和探讨,并在前人工作的基础上,提出了新的物理模型并进一步解释了实... 详细信息

本文的研究内容分为两个部分,一是磁场退火效应的研究,二是探索和研究新型的单相多铁性材料。在前一个研究中，我们主要针对多晶CoFe2O4的磁退火效应进行了深入的研究和探讨,并在前人工作的基础上,提出了新的物理模型并进一步解释了实验现象。在后一个研究中,我们制备了多晶Pb2Fe2O5并研究了其多铁性质,且对实验的结果进行了初步的解释。本文的主要结果如下：(1)多晶CoFe2O4材料经过磁场退火处理后诱导出磁单轴各向异性,使得其磁化易轴重新排布形成围绕退火场方向的单轴分布,使磁各向同性的多晶材料最终表想出单轴各向异性。磁化易轴经过磁场退火之后受到了空间方向上的取向,导致材料的自发应变由于应变-自旋耦合也将形成单轴分布,于是多晶材料表现出方向依赖性的磁致伸缩行为;其中,当测量外场和退火场方向垂直的时候,其磁致伸缩效应较之为磁场退火样品得到了很大的提升,其最大的应变输出分别为纵向-273PPM和横向244PPM。明显增强的磁致伸缩效应使得该材料更具实际应用价值,而我们的理论分析很好地解释了实验结果,这将对未来进一步开展研究工作具有指导意义。(2)通过固相烧结法制备了成分较纯的多晶Pb2Fe2O5。在温度T=77K和测量场E=117kV/cm下,材料表现出一个中等强度的剩余极化2Pr=3.02μC/cm2;在77K到室温的温度范围内,材料主要表现出反铁磁性,并伴随着一个较弱的铁磁性;当温度处于T～240K以上,材料表现出介电异常,同时伴随着明显的磁介电效应,当频率f=75 kHz时,其室温的磁介电效应在9kOe外磁场下达到1.8%左右。Pb2Fe205中铁电性和反铁磁性的共存以及磁介电效应表明该材料为潜在的多铁性材料,其中具体的微观物理机制有待进一步研究。

关键词： magnetic annealing CoFe2O4 magnetostriction uniaxiality multiferroic Pb2Fe2O5 magneto-dielectric effect

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