(最新整理)分子磁体的磁性
分子磁性材料及其研究进展
第27卷第4期2012年8月 大学化学UNIVERSITY CHEMISTRY Vol.27No.4Aug.2012 分子磁性材料及其研究进展*袁梅 王新益 张闻 高松**(北京大学化学与分子工程学院 北京100871) 摘要 对分子磁性材料的一些基本概念和磁学现象作了简单介绍,主要包括磁耦合㊁磁有序㊁磁弛豫和自旋交叉等几个方面㊂重点综述了单分子磁体㊁单链磁体㊁自旋交叉化合物㊁多功能复合磁体以及磁性分子组装领域的研究进展㊂ 关键词 分子磁性 单分子磁体 单链磁体 自旋交叉 多功能复合磁体 分子磁性材料是一类通过化学方法将自由基或顺磁离子(包括过渡金属离子和稀土金属离子)及抗磁配体以自发组装和控制组装的方式组合而形成的磁性化合物㊂由于较传统磁体有着密度小㊁透明度高㊁溶解性好㊁易于加工㊁可控性好等优点,并有望在航天材料㊁微波材料㊁信息记录材料㊁光磁及电磁材料等领域得到应用,所以近年来对分子磁性的研究已经成为化学㊁物理学以及材料科学等多个领域研究的热点之一[1]㊂ 分子磁性是指由材料中具有未成对电子的顺磁中心在配位化学环境中通过孤立或者协同作用表现出来的行为㊂通过研究孤立顺磁离子在配体场中的自旋状态,人们可以实现高低自旋态之间的转变,并通过温度㊁压力㊁光照等外场实现可控调节[2];通过研究自旋之间的协同行为,人们可以对磁耦合作用㊁磁有序温度等进行调节,从而得到各种具有不同体相磁性质的材料㊂除了常见的抗磁㊁顺磁㊁铁磁㊁亚铁磁和反铁磁性外,在分子磁性材料中还发现了很多新颖和复杂的磁现象,如单分子磁体㊁单链磁体㊁自旋交叉等磁性双稳态,spin⁃flop转变,变磁性和弱铁磁性等㊂化学家希望在分子化合物中实现和观察到这些新的磁现象,给物理学家提供新的研究模型,进而探讨它们的物理机制㊂本文将对这些分子磁性材料的基本概念和各种磁现象作简单介绍,并对目前的若干研究热点如单分子磁体㊁单链磁体以及自旋交叉配合物等作重点介绍[3⁃5]㊂1 磁耦合[6⁃10] 要得到具有协同磁作用的磁性材料,体系中就必须存在磁耦合㊂在量子理论中,耦合也称为交换(exchange),最重要的几种交换作用包括直接交换㊁间接交换㊁各向异性交换以及偶极⁃偶极交换等㊂1.1 直接交换 直接交换(direct exchange)作用起源于相邻原子轨道的重叠,仅涉及相邻原子局域的电子自旋,即原子间没有其他原子来隔开传递交换的通路㊂这种作用主要存在于金属和合金中,而在金属配合物中则可以被忽略㊂* **基金资助:国家自然科学基金项目;科技部项目通讯联系人,E⁃mail:gaosong@2大学化学第27卷 1.2 间接交换 直接交换只涉及到局域在原子上的电子,然而体系中还含有其他如导带电子和抗磁原子上的电子等;当涉及这些电子时,就需要间接交换(indirect exchange)作用㊂它包括超交换作用(superexchange)和RKKY(Ruderman㊁Kittel㊁Kasuya和Yosida)作用㊂ 超交换是一种短程相互作用,它通过桥连的抗磁原子的p电子传递,能表现为铁磁或反铁磁作用;从自旋电子的密度分布来看,超交换作用有自旋极化和自旋离域两种不同机理,它是多核配合物和配位聚合物中磁相互作用发生的主要方式,对于分子磁性材料的构筑非常重要㊂ RKKY机理是指通过磁偶极与导电电子发生相互作用,即以导电电子为媒介而发生的交换;这种作用也能引起铁磁和反铁磁耦合,主要用于解释磁性的金属单质(如Fe㊁Co㊁Ni等)或合金的磁学性质㊂1.3 各向异性交换 上面所提到的直接交换和间接交换一般是各向同性的,它们只依赖于自旋的相对取向㊂而各向异性交换(anisotropic exchange)则对自旋相对于晶轴的相对取向敏感㊂考虑旋轨耦合时,就会产生各向异性交换,包括单离子各向异性和DM(Dzyaloshinski⁃Moriya)反对称相互作用㊂ 单离子各向异性的交换作用是指由于晶体场的存在,旋轨耦合所导致的各向异性交换,包括Ising 模型和XY模型㊂其中,Ising模型被称为单轴各向异性,由于它最容易进行理论处理,所以被广泛研究,它是单分子磁体和单链磁体中最重要的一个特征㊂而XY模型被称为易面各向异性,也在一些体系中被观察到㊂CoⅡ的4T基态由于具有较大的轨道剩余和旋轨耦合,所以具有较大的各向异性;Ising和XY 这两种不同的各向异性在CoⅡ的化合物中都被观察到过㊂所以,对CoⅡ磁性化合物的研究相当有趣,然而也较为困难[9⁃10]㊂ DM相互作用是一种反对称相互作用,其交换机理是自旋之间通过旋轨耦合所发生的间接作用;这种作用在分子磁体研究中也非常重要,是解释弱铁磁体中自旋倾斜现象的基础㊂1.4 偶极⁃偶极作用 上述各种交换作用均基于量子理论,另外还有一种基于经典磁矩的交换,即偶极⁃偶极作用(dipole⁃dipole interaction)㊂尽管偶极⁃偶极作用一般比超交换作用要小2~3个数量级,但在磁性体系中却起着重要作用㊂因为它是长程作用,所以对于大的自旋,尤其是接近有序态时形成的具有很大磁矩的磁畴,这种作用将变得非常大,从而对整个体系的磁性质产生不可低估的作用㊂ 由以上对各种磁耦合作用的介绍可知,通过桥连配体传递的超交换以及与顺磁离子本身性质密切相关的各向异性交换在分子磁性材料中起着至关重要的作用;它们共同决定着整个材料的基本磁学性质(如磁耦合性质㊁各种磁现象㊁有序温度等)㊂所以,对期望具有协同作用的分子磁性材料的设计策略,主要就在于桥连配体和磁性中心的选择㊂桥连配体不仅要具有良好的配位能力以形成丰富多样的结构,更重要的是要能在顺磁中心之间传递足够强的磁耦合作用㊂由于CN-[11⁃13]㊁N-3[14⁃15]㊁HCOO-[16⁃17]㊁[N(CN)2]-[18]㊁NCNH-[19]等共轭小分子桥连配体在配位方式㊁桥连模式及磁性传递上各具特色,在分子磁性领域中受到了广泛的关注和研究[20]㊂磁性中心的选择也很重要,如果要获得具有大的各向异性的体系,就需要选择具有大的各向异性的离子如MnⅢ㊁CoⅡ㊁FeⅡ㊁VⅡ㊁CrⅡ㊁DyⅢ等;而如果要获得比较小的各向异性的体系,则常常选用如CrⅢ㊁MnⅡ㊁GdⅢ等各向同性离子㊂2 磁有序[6⁃10] 顺磁体(paramagnet)是绝大多数分子磁性材料在室温下表现出的状态㊂由于其自旋间的交换作用较弱,不能克服热扰动,所有自旋随机指向,使总磁矩统计为0,不具有自发磁化㊂当外加磁场时,其磁矩M 随磁场在低场区以斜率为M /H 的速率线性增加,随磁场增大,增加速率降低并最终达到饱和㊂去除外加场后,其磁矩很快恢复为0(图1)㊂ 磁性物质中的自旋在临界温度T c (critical temperature)以下形成各种有序磁状态㊂这些磁状态不仅自旋的排列方式不同,而且自旋对外场的响应以及对时间的依赖也都不相同㊂图2为常见的几种磁有序态的自旋取向㊂磁有序可以分为铁磁体㊁反铁磁体㊁亚铁磁体㊁自旋倾斜的弱铁磁体等㊂在反铁磁体中,按其磁化强度随外加磁场的变化特征,还有自旋翻转相和变磁体等㊂每个磁有序态都有它们各自独特的磁场响应(图1)㊂下面对这些磁状态做逐一简要介绍㊂图1 各种磁状态的磁化强度曲线图2 常见的几种磁有序态的自旋取向2.1 铁磁体 铁磁体(ferromagnet)是人们最熟悉的一类磁体㊂在临界温度T c (对于铁磁体,又称为Curie 温度)以下,铁磁体中的所有自旋取向平行,具有非常大的自发磁化;在T c 以下,M 随外场极快饱和,在去除外场后,M 一般不会马上降为0(对于硬磁体材料矫顽力比较大,容易保持磁化状态;而软磁体材料的矫顽力比较小,磁化状态容易改变)㊂2.2 反铁磁体 由于反铁磁耦合比铁磁耦合更常见,所以反铁磁体(antiferromagnet)比铁磁体更为普遍,其中所观3 第4期高松等:分子磁性材料及其研究进展察到的物理现象也比铁磁体中更丰富㊂在温度低于临界温度T c (对于反铁磁体,又称为Neél 温度T N )时,反铁磁体中自旋反平行排列;当反平行排列的自旋完全相等时,反铁磁有序则不产生净的磁矩,M 随外场几乎线性地很缓慢增加㊂在分子场理论(MFT)中,将反铁磁体考虑成两个相互交替的子晶格,子晶格之间磁矩反平行排列,而每个子晶格内的所有磁矩均平行排列,并使用MFT 对铁磁体的处理方法来处理单个子晶格中的磁矩㊂2.3 亚铁磁体[21] 亚铁磁体(ferrimagnet)是反铁磁体中的一类,当反平行排列的两个子晶格中的自旋大小不等时,磁矩不会被抵消,依然具有净磁矩㊂它具有类似铁磁体的行为:在T c 以下,具有较大的净自发磁化,M 也随外加磁场很快饱和㊂但磁矩反平行,所以其饱和磁化强度为两个子晶格中磁矩的差㊂如果磁场足够大,能克服反铁磁作用,而最终达到极化的顺磁态㊂亚铁磁体这种有序态具有它特定的优势:①它的自旋之间为反铁磁作用,故一般具有比铁磁作用强的磁交换,因此可能获得较高的有序温度T c ;②由于其中的自旋不能完全抵消,所以,它依然具有较大的自发磁化,这和铁磁体相似㊂实际上,铁磁体和亚铁磁体通常都称为磁体㊂ 现在人们主要是利用亚铁磁策略来提高T c ,得到了一些高T c 分子基亚铁磁体,如金属自由基体系V(TCNE )2㊃x CH 2Cl 2(T c >300K )和普鲁士蓝类似物如Cr 3[Cr (CN )6]2㊃10H 2O (240K ),K 0.5V Ⅱ/Ⅲ[Cr(CN)6]0.95㊃1.7H 2O(350K),KV Ⅱ[Cr(CN)6]㊃2H 2O(376K)等[22⁃25]㊂Ruiz 等从理论上预测[26],最高的亚铁磁有序将会出现在M ⅢM′Ⅱ体系:Cr ⅢV Ⅱ(T c =315K),Mo ⅢV Ⅱ(T c =552K),Cr ⅢMo Ⅱ(T c =355K),Mn ⅢV Ⅱ(T c =480K)或V ⅢV Ⅱ(T c =344K)等㊂2.4 弱铁磁体[9⁃10] 弱铁磁体(weak ferromagnet)通常是指一类具有类似铁磁体行为的反铁磁自旋体系㊂弱铁磁体中,不同子晶格上的自旋完全相等,但两个子晶格中的自旋并非平行排列,而是相互倾斜并具有一定夹角,在几乎垂直于自旋排列的方向产生较小的净磁矩,使体系具有弱的自发磁化㊂如果体系中存在更多子晶格系统,产生的净磁矩也可能相互抵消,这时就称为隐藏的自旋倾斜(图3)㊂其实, 弱”铁磁体并不一定很弱,只要具有大的倾斜角,它也能产生很大的净磁矩㊂比如,在倾斜角为20°时,产生的净磁矩就相当于饱和磁矩的1/3㊂所以,自旋倾斜的弱铁磁策略,应该可以作为设计合成分子基铁磁体的一个有效途径㊂图3摇自旋倾斜和隐藏的自旋倾斜 在很多分子体系中都发现了弱铁磁性,从零维的分子簇化合物[{Fe(Tp)(CN)3}4{M(MeCN)(H 2O)2}2]㊃10H 2O㊃2MeCN(M =Ni,Co,Mn;Tp =hydrotris(1⁃pyrazolyl)borate)[27],一维的链状化合物[Mn Ⅲ(salpn)NCS]n [28],二维的手性层状化合物[Mn 2(L 3)(N 3)4]n (L 3=2,5⁃bis(2⁃pyridyl)⁃3,4⁃diaza⁃2,4⁃hexadiene)[29]直至三维的叠氮桥联化合物Mn(N 3)2(4,4′⁃bipy)[30],多孔化合物[KCo 3(C 6H 4O 7)(C 6H 5O 7)(H 2O)2]㊃8H 2O [31],由二氰胺桥联的具有金红石结构的三维化合4大学化学第27卷 物M(dca)2(M =Mn Ⅱ㊁Cr Ⅱ)[32],以及甲酸类化合物等[33⁃34]㊂从中我们发现,N -3㊁HCOO -㊁NCS -㊁N(CN)-2(1,3模式)等不对称3原子配体有利于自旋倾斜的弱铁磁体的构筑[35]㊂2.5 自旋翻转[9⁃10,36] 自旋翻转(spin⁃flop)是具有弱各向异性的反铁磁体中的一种场诱导的相变行为㊂它是指当平行于反铁磁体中自旋方向的外加磁场达到某一个临界场(H SF )后,磁矩从平行于易轴方向翻转到垂直于易轴方向㊂体系从反铁磁态一级相变到自旋翻转态,继续增加外场到第二个临界场(H c )会使得体系继续二级相变到极化顺磁态㊂2.6 变磁体[9⁃10,36] 变磁体(metamagnet)也是随外加磁场发生相变的反铁磁体㊂在外磁场高于变磁临界场H c 时,体系发生从反铁磁态到铁磁态或亚铁磁态的一级相变㊂它的M (H )曲线具有典型的S 形㊂与自旋翻转需要的弱各向异性不同,变磁体系一般都具有比较大的各向异性,并且具有竞争的交换作用㊂变磁体中,一般存在自旋平行排列的铁磁链或铁磁层(或亚铁磁的链或层),这些链或层通过较弱的反铁磁作用而反平行排列,形成体系的反铁磁基态㊂高于H c 的外磁场可以克服弱的反铁磁作用,使反平行排列的链或层平行排列,体系一级相变到铁磁态或亚铁磁态㊂3 磁弛豫[37] 弛豫是一个普遍的现象,它指体系在受到扰动偏离平衡态后需要经过一定的时间再建立新的平衡,它在许多体系(如液体㊁玻璃态㊁各向异性介观相㊁无序固体㊁液晶㊁铁电和磁材料)中都非常重要㊂在磁性材料中,对磁弛豫现象(magnetic relaxation)的研究是当今分子磁性领域的一个热点问题㊂磁弛豫的原因有很多,但所有过程都是在磁场改变后体系重新达到平衡的过程,由自旋和体系的其他自由度之间的能量交换所引起㊂这种过程一般具有特征的弛豫时间τ,磁矩在受到一个微扰后,经时间τ恢复到平衡值㊂一般热弛豫过程都受温度影响,在不同温度下具有不同弛豫时间,随温度变化的关系一般符合Arrenius 定律: τ=τ0exp(ΔE /k B T )(1)其中,τ0称为指前因子,用于表征体系弛豫的特征时间,k B 为Boltzmann 常数,ΔE 为热弛豫过程需要越过的能垒㊂在分子磁性材料中,对弛豫现象进行过广泛研究的主要有以下两个体系:超顺磁体系(包括单分子磁体和单链磁体等)和自旋玻璃体系㊂3.1 超顺磁性[6⁃8] 在临界温度T c 以下,铁磁或亚铁磁体的粒子中的所有自旋形成很大的磁矩μP =M S V (V 是粒子的体积),并被各向异性能KV (K 为单轴各向异性)束缚在粒子上㊂当体积减小到临界体积V sp 以下时,热能kT 与KV 相当,就能扰动束缚在粒子上的磁矩,并使它们对外场的变化产生响应㊂此时,外场使这些磁矩平行排列,而热运动破坏这种排列,这和顺磁体的行为非常相似,由于粒子的磁矩μP 很大,相当于上千个玻尔磁子,所以这种现象称为超顺磁性(supraparamagnetism)㊂ 超顺磁体在临界体积附近表现出慢的弛豫,其弛豫能垒为需要克服的各向异性能KV ,而指前因子τ0一般为10-9s㊂如果认为弛豫时间τ<τm =102s(τm 为测量时间)时体系表现出超顺磁行为,那么可得出临界体积V sp =25k B T /K ,当粒子体积小于V sp 时,就在100s 的时间尺度上表现出弛豫行为㊂同样可以求出T B =KV /25k B (T B 为阻塞温度,blocking temperature)㊂在T B 以下,τ>τm ,体系不能在测量时间内弛5 第4期高松等:分子磁性材料及其研究进展豫回平衡态,因此会出现磁滞回线的行为;在T B<T<T c的范围内,体系表现为超顺磁行为(图4)[38]㊂图4摇超顺磁粒子的温度区域 测量交流磁化率和T B以下的磁滞回线是表征超顺磁体的最简单和直接的方法㊂交流磁化率随温度变化曲线的特征为:在T B处,实部会出现一个峰,同时虚部出现非零值;而且不同频率下的T B不同,表现为强烈的频率依赖现象㊂另外,在T B以下,可以观察到明显的磁滞回线,与铁磁行为类似㊂该方法也是下面将要介绍的单分子磁体和单链磁体的主要表征手段㊂其中已报道的单分子磁体[Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4]㊃2CH3COOH㊃4H2O的交流磁化率行为可以视为分子磁性材料中超顺磁性的典型代表[39]㊂3.1.1 单分子磁体 单分子磁体(single molecular magnets,SMM)是分子磁性研究领域近30年来最重大的发现之一,一般只指具有较大单轴各向异性和较大自旋基态的簇合物,其在低温下表现出超顺磁行为㊂以Mn12引领的SMM不仅表现出超顺磁体所具有的慢的磁弛豫现象,而且观察到磁化强度的宏观量子隧穿效应;同时,由于SMM可以通过化学设计合成方法获得,具有可控性好㊁尺寸完全均一等特点,一经出现就立刻受到物理学㊁化学及材料科学界的极大关注㊂ 由于单分子磁体具有大的基态自旋值和负的零场分裂常数,在T B以下每一个分子都具有较大的饱和磁矩(M s),像磁体一样 自发磁化”㊂从应用角度而言,单分子磁体为在分子水平信息储存,研制开发高密度信息存储器件提供了可能㊂这一领域最著名的两个体系是氧桥连的MnⅢ12和FeⅢ8簇状化合物㊂意大利的Gattaschi和美国的Christou研究组在探索和拓展Mn12系列的单分子磁体中作出了卓越贡献[40⁃42]㊂而在其他具有单离子各向异性的过渡金属离子如VⅢ,FeⅡ/Ⅲ,NiⅡ,CoⅡ等构筑的分子簇合物中,也有不少表现出单分子磁体的性质,如Fe4[43⁃44]㊁V4[45]㊁Fe17㊁Fe19㊁Fe10[46]㊁Ni12[47]㊁Co6[48]㊁Co7[49]等同金属簇,以及MnCu[50]㊁Mn2Ni3[51]㊁Fe4Ni4[52]等异金属簇化合物㊂Murrie对CoⅡ构筑的单分子磁体进行了详细综述[53]㊂在氰根桥连配合物领域,人们也合成了一些高自旋分子簇,且发现了数例氰根桥连的单分子磁体[54⁃56]㊂最近,还有研究者将具有较大各向异性的稀土离子引入该领域,尤其是DyⅢ离子备受青睐,已得到了数例具有SMM性质的化合物,如Dy2,Dy3,Dy4,Dy5以及其他包含Dy的3d⁃4f异金属簇等[57⁃59]㊂ 目前,对单分子磁体的研究热点主要集中在两个方面:①提高基态的自旋S T;②增加弛豫能垒ΔE 和提高阻塞温度T B㊂迄今为止,前一个方面已经取得突破进展,基态自旋值最高的是一个Mn19化合物, 6大学化学第27卷 其自旋值高达83/2[60]㊂然而,在提高ΔE 和提高T B 方面的工作却进展缓慢㊂十几年来,Mn 12⁃ac 曾经一直是T B 最高的单分子磁体,直到2007年合成出S =12㊁T B =4.5K 的Mn 6簇,但其T B 也仅仅只提高了1.5K,并无实质性突破[61]㊂ 从理论上讲,要得到较高T B 的单分子磁体需要以下几个条件:①较大的基态自旋S T ,即要求团簇中的自旋尽量通过铁磁作用平行排列,或通过亚铁磁结构达到高的自旋基态;②体系具有较大的负D (体系的零场分裂参数)值,即要求整个团簇具有单轴各向异性,这就需要选用一些具有较大的负D 的离子如Mn Ⅲ㊁Fe Ⅲ/Ⅱ㊁V Ⅲ以及稀土离子等;③为保证不形成三维有序和在低温下体系只占据最大S T 的基态,还需要较大的簇内磁耦合和可以忽略的簇间磁耦合㊂3.1.2 单链磁体 单链磁体(single chain magnets,SCM)是指在空间一个维度上磁性中心间具有强的磁作用,而在另外两个维度上磁作用非常弱(10-4的量级)的一维Ising 链㊂由于SMM 的T B 较低,距实际应用相差较远,所以提高T B 成为研究者孜孜不倦研究的一个方向,其中一个可能的途径就是增加化合物的S T ㊂人们发现,对自旋不能完全抵消的链状化合物而言,其理论S T 可达到无穷大,很有可能提高其T B ,从而为SCM 成为微观信息存储材料提供可能,因此诱发了人们对SCM 研究的极大兴趣㊂ 事实上,早在1963年,Glauber 就从理论上预言了Ising 铁磁链会表现出磁弛豫现象㊂但直到2001年,才由Gatteschi 等从实验上证实,报道了第一个单链磁体Co(hfac)2(NITPhOMe)[62],它是一个由Co Ⅱ和氮氧自由基形成的一维螺旋亚铁磁链㊂以此为开端,Miyasaka 和Clérac 等采用合理设计的大位阻配体获得了异金属的Mn Ⅲ⁃Ni Ⅱ亚铁磁链[63],然后相继报道了Fe Ⅲ⁃Co Ⅱ铁磁链[64]㊁Co Ⅱ⁃Cu Ⅱ亚铁磁链[65]㊁Fe Ⅲ⁃Cu Ⅱ铁磁链[66]㊁同自旋Co Ⅱ弱铁磁链[67]㊁自由基⁃Dy 亚铁磁链[68]以及草酸桥联的Co Ⅱ⁃Cr Ⅲ铁磁链[69]等具有SCM 性质的化合物㊂北京大学的高松研究组在推动该领域发展上也做了一些重要工作,如2003年合成发现了首例同自旋单链磁体,该化合物由叠氮桥连Co Ⅱ离子形成[70];2007年用甲酸或叠氮桥连Mn Ⅲ3O 三核单元形成的配位聚合物,也表现出SCM 的性质[71];最近还报道了两例由超分子作用形成的单链磁体[72⁃73]㊂Miyasaka 课题组还提出一种逐步构建SCM 的合成策略,即通过共价键将SMM 沿某特定方向连接,从而控制结构的维数和磁作用;该策略可以用来设计合成1D ~3D 的网络结构,并期待表现出从经典磁性到量子磁性等多变的磁学性质[74⁃75]㊂ 单链磁体的构筑需要满足3个条件:①磁链必须是Ising 链,这就需要选择具有大的单轴各向异性的金属离子,如Mn Ⅲ,Co Ⅱ,Ni Ⅱ,Dy Ⅲ等;②磁链必须有净的磁化,目前报道的有亚铁磁链㊁铁磁链和弱铁磁链;③链与链之间磁作用足够小,要求尽量增加链间距离,这就需要选择合适的位阻较大的配体㊂到目前为止,SCM 的T B 最高已经达到了15K㊂但从理论上而言,提高SCM 的T B 温度相对于SMM 要容易一些㊂根据Glauber 公式:ΔE /k B =8J F S 2T ,可以看出,增加链内的磁相互作用,有望提高其弛豫能垒,从而提高T B ;假设S T =3,J F =30K,则T B 有望超过100K,所以仍需研究者的不懈努力㊂ 值得一提的是,最近高松研究组发现了一个单核稀土金属有机化合物(Cp *)Er(COT)[76⁃78],表现出单分子磁体行为㊂其结构中的Er 金属离子被两个不同的芳香族有机环烯配体配位,呈夹心型结构㊂它的磁学性质呈现出SMM 的特征:在1.8~5K,有一个蝴蝶型的磁滞,交流磁化率研究观察到两个热磁弛豫过程,而且弛豫能垒分别高达197K 和323K,其中323K 的能垒比迄今报道的簇基SMM 和SCM 的能垒高得多㊂这个新类型的有机金属单离子磁体的发现,为人们开辟了一个新的探索超顺磁现象的领域,也提供了一种新的合成思路㊂7 第4期高松等:分子磁性材料及其研究进展8大学化学第27卷 3.2 自旋玻璃[79] 另一类不同于超顺磁体但是也表现出磁弛豫行为的是自旋玻璃(spin glass)体系㊂广义上讲,所有无规非共线的非晶磁体都可视为自旋玻璃㊂它们不具有通常的磁相变,在冻结温度T f(freezing tempera⁃ture)以下,是一个冻结的具有明显磁相关的无序态,并强烈地依赖于其磁化过程㊂在T f以上,自旋玻璃的弛豫较快;而在T f以下,由于τ的增加,自旋玻璃表现出类似长程有序的行为㊂ 超顺磁和自旋玻璃的磁弛豫过程,可以用交流磁化率实部的频率依赖程度加以简单区分㊂对自旋玻璃,其实部峰值的偏移参数φ一般在0.01以下;而对超顺磁行为,φ一般在0.1的数量级㊂自旋玻璃现象多见于金属合金和固体氧化物体系中,近年来也在一些分子体系中观察到自旋玻璃磁行为㊂(未完待续)欢迎订阅2013年‘大学化学“ ‘大学化学“是由教育部主管㊁高等学校化学教育研究中心和中国化学会共同主办的教育研究性学术刊物㊂1986年创刊,双月刊㊂主要介绍化学科学的新发展,开展与教学有关的重大课题的研讨,交流教学改革经验㊂报导化学及其相关学科的新知识㊁新动向,促进教师知识更新,扩大学生知识面,为提高教学水平服务㊂主要栏目有:今日化学㊁教学研究与改革㊁知识介绍㊁计算机与化学㊁化学实验㊁师生笔谈㊁自学之友㊁国内外学术动态㊁化学史㊁书刊评介㊁专题讨论等㊂ 2013年每本定价10.00元,全年出版6期,共60.00元㊂ 全国各地邮局均可订阅,邮发代号:82⁃314㊂为方便读者订阅,本刊编辑部全年办理邮购业务,遗失补寄㊂ 邮购地址:北京大学化学楼 大学化学编辑部(收),邮编:100871 联系电话:010⁃62751721,E⁃mail:dxhx@ 网址:http:∥。
《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。
单分子磁体的制备及其磁性质研究
单分子磁体的制备及其磁性质研究单分子磁体（Single-Molecule Magnets，简称SMMs）是一种具有特殊磁学性质的分子。
由于其特殊的磁学性质，单分子磁体已成为磁性材料研究领域的热点之一。
在此，将介绍单分子磁体的制备及其磁性质研究的相关内容。
一、单分子磁体的概念及特征单分子磁体一般由一个或多个金属离子和有机配体组成。
所含的磁性金属离子在配体的帮助下，可以形成具有磁性的“单分子”。
与普通的磁性材料不同，单分子磁体是非常小的，其大小一般在数纳米以下。
单分子磁体的最大特征是具有磁性滚珠的行为。
即在外层磁场的作用下，单分子磁体的自旋可以上下翻转，呈现类似于磁滚珠的磁性行为。
而SMMs磁滚珠的大小一般在几个纳米左右，这使得其具有优异的磁性性质。
二、单分子磁体的制备单分子磁体的制备是一个非常复杂的过程，需要设计新的配体分子并通过化学合成制备。
一般而言，单分子磁体的制备分为以下几个步骤：1、选择合适的金属离子。
通常使用的金属离子如铁、锰、铜、铬以及钴等。
2、制备配体分子。
常见的配体分子如porphyrin、phthalocyanine等。
3、将金属离子与配体分子作用。
制备单分子磁体是一种典型的自组装过程，金属离子与配体分子之间的作用力进而促进单分子磁体的形成。
4、对制备好的单分子磁体进行物理和化学表征。
磁学能级结构测量是单分子磁体表征的核心之一。
一般情况下，磁学测量需要通过其他技术手段（如电子顺磁共振、核磁共振等）来进行协助。
三、单分子磁体的磁性质研究单分子磁体的磁性质涵盖了多方面。
其中最重要的特征之一是单分子磁体对于外部磁场的响应行为。
对于磁斯托克差分（Magnetization）行为的研究被认为是研究SMMs的入门关键。
研究表明，单分子磁体的磁滚珠行为是非常稳定的，通常具有极长的自旋时间（spin relaxation）这也让单分子磁体成为了可高拓展的磁存储设备的一个热门发展方向。
此外，单分子磁体还具有潜在的应用价值，例如可应用于磁性催化、量子计算和磁性能量转换等领域。
磁性高分子材料简介教学文案
磁性高分子材料的种类与构成
①结构多样,易于用化学方法对分子进行修裁而改变其磁性； ②磁性能多样； ③可以将磁性和其它如力学性能、光性能、电性能等特性相
结合； ④可以用常温或低温方法合成； ⑤易于加工成型,可以制成许多传统磁体难以实现的器件； ⑥密度低。这些特点使结构型高分子磁性材料作为新型光电
磁性高分子材料的种类与构成
• 铁氧体类高分子磁性材料
与烧结磁铁相比,铁氧体类高分子磁性材料具有质轻、柔韧、成型 后收缩小、制品设计灵活等特点,可制成薄壁或复杂形状的制品,可连续 成型、批量生产,可加入嵌件而无需后加工,可进行双色成型和整体成型 ,可通过变更磁粉含量来控制磁性能,有极好的化学稳定性。缺点是磁性 较稀土类高分子磁性材料差,如果大量填充磁粉则影响制品强度。
磁性高分子微球的制备方法很多，如包 埋法、单体聚合法、化学液相沉积法等
磁性高分子材料的制备方法
（1）包埋法
将磁性粒子分散于高分子溶液中，通过雾化、絮凝、沉积、蒸发等 方法得到内部包有一定量磁性微粒的高分子微球。
Affimag SLE 包埋式二氧化硅磁性微球
特点： 1 具有较强的磁响应性 2 低矫顽力 3 可制备从0.25μm -5μm 粒径范围内的单分散磁 性微球
磁性高分子材料的种类与构成
磁性高分子材料的种类与构成
磁性颗粒均匀分布在高分子材料中
磁性高分子材料的种类与构成
磁性高分子材料通常可分为复合型和结构型两种。
• 复合型磁性高分子材料是指以高分子材料与各种无机磁性物质通过混 合、粘结、填充复合、表面复合、层积复合等方式制得的磁性体。如 磁性橡胶、磁性树脂、磁性薄膜、磁性高分子微球等。
(最新整理)分子磁体的磁性
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同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
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1。
单分子磁体的磁性来源于分子本身, 每一个分子相当于一个孤立的“磁畴"。
未磁化时，单分子磁体具有分子磁化强度相反取向的双稳态, 两者布居数相当, 磁化强度的矢量和为零; 当施加一个磁场时双稳态的平衡被打破, 与磁场平行的能态具有更低的能量和更多的布居数, 磁化强度的矢量和不为零; 去磁时,在分子磁化强度矢量重新取向时产生一个能量壁垒，当温度降低甚至低于翻转的能垒时, 翻转速率会减慢, 产生磁化强度的慢磁弛豫行为.翻转能垒的高度决定了单分子磁体的阻塞温度。
对于阻塞温度, 通常认为是在该温度下表现出磁体的行为，但是严格来说有 3 种定义［9]: (1)交流磁化率的虚部在特定的频率出现峰值的温度; （2)样品能观察到磁滞回.出现峰值的温度. 这三种方法确定的阻塞温度可能会相差很多, 文献最常报道的阻塞温度则是指观察到磁滞回线的温度, 另外文献中也常把弛豫时间达到 100 s 时的温度定义为阻塞温度. 在本文中, 阻塞温度指的是观察到磁滞回线的温度。
稀土单分子磁体是一类特殊的单分子磁体. 与过渡金属相比，稀土离子的 f 电子由于其未淬灭的较大的轨道角动量而具有相对较大的磁矩和磁各向异性。
另一方面, 由于稀土离子的 f 电子受外层 s， d 层电子的屏蔽因而磁相互作用较弱, 因此在许多簇合物以及聚合物的体系中, 稀土离子依然表现出单离子的性质，体系的总角动量也仅仅是每个角动量的加和, 而忽略彼此之间的耦合. 尽管稀土离子间的磁相互作用很弱，但是对它的弛豫机制仍然会产生明显的贡献, 依然是研究的重点.稀土单分子磁体的特点和研究方向可以分为 4 个方面：首先, 通过设计稀土离子的晶体场和磁相互作用来构筑具有高能垒高阻塞温度的单分子磁体；其次，稀土单分子磁体常常表现出复杂的多弛豫现象，对它们的弛豫机理至今还没有合理统一的解释，因此许多课题组都在研究它们的磁动力学行为，揭示它们的弛豫机理；再次, 基于稀土单分子磁体的磁动力学行为对它的结构非常敏感，微小的结构变化包括溶剂分子的释放、物理状态的改变等都会对它的磁性产生影响, 因此可以通过修饰端基配体、掺杂，以及外界光、电、热的刺激来对它的磁行为进行调控；最后, 结合稀土自身的荧光特性以及配体的光学活性，以及聚合物三维骨架的气体吸附、离子交换的性质而设计新颖的多功能材料。
单分子磁体
单分子磁体近日，国际上出现了“单分子磁体”，它是利用“人造分子”制造出的超导材料，单个分子有磁矩，分子间相互作用力大于斥力，构成一种新的材料。
单分子磁体具有许多优点：不但磁性能量高，且磁场稳定，几乎不受温度影响；由于单个分子的电磁力特别强，因此特别容易制成磁体。
单分子磁体的分子结构十分简单，可以自组织排列起来，形成一种均匀的三维网状结构，能在常温下达到超导态，形成特殊的单分子磁体。
单分子磁体具有许多优点：不但磁性能量高，且磁场稳定，几乎不受温度影响；由于单个分子的电磁力特别强，因此特别容易制成磁体。
单分子磁体的分子结构十分简单，可以自组织排列起来，形成一种均匀的三维网状结构，能在常温下达到超导态，形成特殊的单分子磁体。
单分子磁体对实验物理学和基础物理学都有重要意义，是最佳材料之一，有着广阔的应用前景。
我想，在未来世界，电脑能像打字机那样轻松地进行文字输入和数据处理，那时我们人类就不再被困在办公室里了。
在自然界中，所有的生物都靠不停地吞食外界的物质才能生存，没有了食物，它们只能死亡。
但是，动物在长期的进化过程中，逐渐掌握了通过消化道摄取营养物质的本领，并保证其在各个生命阶段都能顺利获得充足的营养。
随着科技的发展，新型材料不断被发现。
比如“磁性树脂”能让一般磁铁在空气中自由悬浮，还能吸收太阳能，转换成电能，这使得人类将太阳能利用到极致，可谓“一石三鸟”。
而同时也意味着人类的生存环境将得到极大改善。
作为一名科学家，我希望在未来的科技研究中，能更多地运用先进的单分子磁体材料。
单分子磁体代表着一种崭新的发展方向。
从某种角度说，它甚至可以称得上是我们的祖先留给我们的遗产。
当前，很多国家都在加紧对这一新材料的研究。
美国科学家提出“纳米晶体”概念，旨在利用纳米技术把传统材料做成纳米尺寸。
纳米材料具有表面积大、比表面积高、导电导热性能好等特点。
研究人员认为，纳米材料与金属材料或半导体材料相比，在光电器件、传感器及信息储存、显示等方面具有独特优势。
铁磁性课件.ppt
反铁磁性
• 物质原子间静电交换作用使原子磁矩有序排列，当 交换积分A<0时，原子磁矩反平行排列的状态称为 反铁磁态，处于反铁磁态的物体称为反铁磁体。
某些反铁磁体的磁性常数
物质
TN(K)
χ(θ)/χ(TN)
MnO
122
2/3
MnS
165
0.82
MnSe
150
MnTe
323
0.68
MnF2
72
FeO
5
• 铁磁性研究的核心问题就是为什么铁磁体 的原子磁矩比顺磁体容易整列？
物质内部原子磁矩的排列 a:顺磁性 b:铁磁性 c:反铁磁性 d:亚铁磁性
6
铁磁性的物理本质
7
Weiss假设
• Weiss提出第一个假设：磁体中存在与外场无关的自 发磁化强度，在数值上等于技术饱和磁化强度Ms， 而且这种自发磁化强度的大小与物体所处环境的温 度有关。对于每一种铁磁体都有一个完全确定的温 度，在该温度以上，物质就完全失去了其铁磁性。
• 人们把注意力转向静电力。但是，建立在Newton力 学和Maxwell电磁力学上的经典电子论也不能揭示 铁磁体自发磁化的本质。
• Heisenberg和Frank按照量子理论证明，物质内相邻 原子的电子间有一种来源于静电的相互作用力。由 于这种交换作用对系统能量的影响，迫使各原子的 磁矩平行或反平行排列。
• 磁相互作用力的能量与热运动的能量相比太小了， 根据计算，在磁相互作用力下，物体只需加热到 1K就可以破坏原子磁矩的自发平行取向，因而物 体的居里温度应在1K左右。
13
• 实际铁磁体的居里温度在数百K甚至上千K。
• 引起铁磁体内原子磁矩排列整齐，并使有序状态 保持到如此高的温度的力量显然比磁相互作用力 要大千百倍。
分子磁体的制备和应用研究
分子磁体的制备和应用研究分子磁体是一种具有磁性的有机分子，其重要特点在于在低温下表现出强磁性，是一种有着广泛应用前景的材料。
分子磁体的制备和应用研究一直是人们关注的热点领域，这篇文章将从以下几个方面进行探讨。
一、分子磁体的制备分子磁体的制备主要有两种方法：一种是自组装法，即通过静电相互作用力、氢键作用等物理力学作用形成分子磁体；另一种是分子设计法，即通过有机合成的方法，有目的地合成满足磁性需要的有机分子。
这两种方法各有优缺点，但都具有重要的意义。
自组装法制备分子磁体，操作简单，可以大规模生产，且生产成本低。
但是，由于其制备方法单一，所能制备的分子磁体种类有限，无法设计出更加特殊、高效的分子磁体。
在分子设计法中，通过有机合成能够得到各种结构不同、性质各异的分子磁体，可以根据需要进行设计合成。
然而，用有机合成制备分子磁体成本相对较高，需要专业的技术支持和设备支持。
二、分子磁体的磁性性质研究分子磁体的磁性性质研究主要包括磁化强度、磁滞回线、磁化随温度的变化等磁学特性的分析。
研究发现，对分子磁体体系中各种离子配位体的结构、组成、配比等参数的调控可以有效地调控其磁性性质。
通过调控这些参数，不仅可从基础理论上说明分子磁体的磁性性质，而且对探究强异域耦合现象、高分子量Thomas效应等现象也具有一定的指导意义。
三、分子磁体的应用研究分子磁体目前在多个领域的应用研究中均有发展。
其中，较为突出的领域为高密度信息存储和健康医疗领域。
在高密度信息存储领域，由于分子磁体具有单分子大小的特点，因此其存储能力和存储密度都具有很大的潜力。
已有的研究表明，分子磁体可以应用于存储1比特、2比特、4比特等微型信息单元，在单个分子之间记录和储存更多数据，使信息储存密度更加高效，光学存储器的储存信息容量可能在未来得到显著提高。
对于健康医疗领域，分子磁体也有着广泛的应用前景。
例如，分子磁体因其在体内的良好生物兼容性，可应用于磁共振成像、药物靶向、光动力治疗、分子诊断等多个方面。
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(完整)分子磁体的磁性
编辑整理：
尊敬的读者朋友们：
这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)分子磁体的磁性）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
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1。
单分子磁体的磁性来源于分子本身, 每一个分子相当于一个孤立的“磁畴"。
未磁化时，单分子磁体具有分子磁化强度相反取向的双稳态, 两者布居数相当, 磁化强度的矢量和为零; 当施加一个磁场时双稳态的平衡被打破, 与磁场平行的能态具有更低的能量和更多的布居数, 磁化强度的矢量和不为零; 去磁时,在分子磁化强度矢量重新取向时产生一个能量壁垒，当温度降低甚
至低于翻转的能垒时, 翻转速率会减慢, 产生磁化强度的慢磁弛豫行为.
翻转能垒的高度决定了单分子磁体的阻塞温度。
对于阻塞温度, 通常认为是在该温度下表现出磁体的行为，但是严格来说有 3 种定义［9]: (1)交流磁化率的虚部在特定的频率出现峰值的温度; （2)样品能观察到磁滞回.
出现峰值的温度. 这三种方法确定的阻塞温度可能会相差很多, 文献最常报道的阻塞温度则是指观察到磁滞回线的温度, 另外文献中也常把弛豫时间达到 100 s 时的温度定义为阻塞温度. 在本文中, 阻塞温度指的是观察到磁滞回线的温度。
稀土单分子磁体是一类特殊的单分子磁体. 与过渡金属相比，稀土离子的 f 电子由于其未淬灭的较大的轨道角动量而具有相对较大的磁矩和磁各向异性。
另一方面, 由于稀土离子的 f 电子受外层 s， d 层电子的屏蔽因而磁相互作用较弱, 因此在许多簇合物以及聚合物的体系中, 稀土离子依然表现出单离子的性质，体系的总角动量也仅仅是每个角动量的加和, 而忽略彼此之间的耦合. 尽管稀土离子间的磁相互作用很弱，但是对它的弛豫机制仍然会产生明显的贡献, 依然是研究的重点.
稀土单分子磁体的特点和研究方向可以分为 4 个方面：首先, 通过设计稀土离子的晶体场和磁相互作用来构筑具有高能垒高阻塞温度的单分子磁体；其次，稀土单分子磁体常常表现出复杂的多弛豫现象，对它们的弛豫机理至今还没有合理统一的解释，因此许多课题组都在研究它们的磁动力学行为，揭示它们的弛豫机理；再次, 基于稀土单分子磁体的磁动力学行为对它的结构非常敏感，微小的结构变化包括溶剂分子的释放、物理状态的改变等都会对它的磁性产生影响, 因此可以通过修饰端基配体、掺杂，以及外界光、电、热的刺激来对它的磁行为进行调控；最后, 结合稀土自身的荧光特性以及配体的光学活性，以及聚合物三维骨架的气体吸附、离子交换的性质而设计新颖的多功能材料。
2。
单分子磁体可以看成是分子基铁磁体和纳米磁性材料的交叉点。
它提供了由单个分子构成的第一个真正意义上的单分散的纳米磁体. 人们研究单分子磁体主要有以下两个目的: 一是由单个分子构成的纳米单分子磁体可能最终用于高密度的信息储存设备；二是对单分子磁体的研究有助于对纳米尺寸磁性粒子物理学的理解。
揭示量子力学行为是如何在宏观尺度上起作用从而解释宏观磁学行为 ,实现科学家几十年来努力试图表征纳米磁体的量子磁化隧道效应 ( quantum tunneling of magnetization, QTM )的愿望。
单分子磁体定义：
(1）如果一个分子在翻转磁矩方向有一定的势能壁垒，那么这种分子就可以作为单分子磁体
（2）单个分子在外磁场的作用下磁化强度对外磁场的曲线中会显示出磁滞回线的现象 ,这种分子称为单分子磁体.
有这么两种定义
我们认为 ,单分子磁体的概念中应该包括两点：第一是组成上的判据，即由单个独立的分子构成。
第二是性质上的判据 ,低温下磁化后会显示出磁滞回线或在交流磁化率的测量中有与外场频率相关的虚部磁化率出现最大值的现象。
一个分子要作为单分子磁体 ,必须具备以下两个条件: 一是具有一个大的基态自旋 ,大的基态自旋的产生来源于分子内铁磁相互作用或由于特定的拓扑 (topology) 结构而导致的自旋失措（ spin frustration)的结果 , 尤其是后者在多核 M n单分子磁体配合物中更为常见。
二是存在明显的负各向异性 ( negative anisotropy）.各向异性为负值以保证最大的自旋态能量最低。
为了形象地表示晶体中原子排列的规律，可以将原子简化成一个点，用假想的线将这些连接起来，构成有明显规律性的空间格架。
这种表示原子在晶体中排列规律的空间格架叫做晶格，又称晶架。
晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同,这就是晶体的各向异性.
直接交换（direct exchange）作用起源于相邻原子轨道的重叠,仅涉及相邻原子局域的电子自旋,即
原子间没有其他原子来隔开传递交换的通路. 这种作用主要存在于金属和合金中，而在金属配合物中则可以被忽略。
间接交换:直接交换只涉及到局域在原子上的电子，然而体系中还含有其他如导带电子和抗磁原子上的电子等;当涉及这些电子时，就需要间接交换(indirect exchange)作用。
它包括超交换作( superexchange)和 RKKY(Ruderman、Kittel、Kasuya 和 Yosida)作用。
超交换是一种短程相互作用，它通过桥连的抗磁原子的 p 电子传递，能表现为铁磁或反铁磁作用; 从自旋电子的密度分布来看,超交换作用有自旋极化和自旋离域两种不同机理,它是多核配合物和
配位聚合物中磁相互作用发生的主要方式,对于分子磁性材料的构筑非常重要。
RKKY 机理是指通过磁偶极与导电电子发生相互作用,即以导电电子为媒介而发生的交换;这种作用也能引起铁磁和反
铁磁耦合,主要用于解释磁性的金属单质（如 Fe、Co、Ni 等）或合金的磁学性质.
各向异性交换：上面所提到的直接交换和间接交换一般是各向同性的，它们只依赖于自旋的相对取向。
而各向异性交换(anisotropic exchange)则对自旋相对于晶轴的相对取向敏感。
考虑旋轨耦合时,就会产生各向异性交换，包括单离子各向异性和 DM(Dzyaloshinski鄄Moriya）反对称相互作用.单离子各向异性的交换作用是指由于晶体场的存在,旋轨耦合所导致的各向异性交换，包括Ising模型和 XY 模型. 其中,Ising 模型被称为单轴各向异性,由于它最容易进行理论处理,所以
被广泛研究,它是单分子磁体和单链磁体中最重要的一个特征。
而 XY 模型被称为易面各
向异性，也在一些体系中被观察到。
CoⅡ的4T 基态由于具有较大的轨道剩余和旋轨耦合,所以具有较大的各向异性；Ising 和 XY这两种不同的各向异性在CoⅡ的化合物中都被观察到过. 所以,对 Co
Ⅱ磁性化合物的研究相当有趣，然
而也较为困难。
DM 相互作用是一种反对称相互作用,其交换机理是自旋之间通过旋轨耦合所发生的间接作用；这种作用在分子磁体研究中也非常重要。
是解释弱铁磁体中自旋倾斜现象的基。
Dy3+属于重稀土离子之一，有以下特点:①由于Dy3+ 具有奇数电子，离子具有高±m J 磁量子数和双重的稳定基态；②第一激发态与双稳态基态间较大的分离造成的缓慢的自旋弛豫现象。
但是，由于稀土离子中4f 电子受5s 和5p 电子的屏蔽，很难提高离子间的磁相互作用强度以及稀土离子普遍存在磁化强度量子隧穿（QTM）效应致使存在磁各向异性和能垒降低的现象，如何克服稀土离子磁化强度量子隧穿（QTM）效应，从而提高稀土单分子磁体的有效能垒，阐明稀土单分子磁体的弛豫机理一直是稀土单分子磁体研究要解决的挑战性问题.本文综述了稀土Dy 单分子磁体的合
成，结构和磁性的研究进展。
当交流电场扫描样品时,单分子磁体的磁化将滞后于驱动交流场，导致实际测量得到的磁化率两者间存在一个相位移，从而将导致同相位和异相位不同的敏感性，分别定义为实部磁化率（χ′）和虚部磁化率(χ″）.观察χ′和χ″在不同温度下随频率的变化情况是鉴别单分子磁体的一种可靠方法，随着温度的降低，若χ″逐渐增大至最大值然后又逐渐减小，则意味着自旋逆转被阻塞，而且随着交流频率的变化,χ″（T)的峰位置也会发生变化,单分子磁体的χ″（ν）也具有类似的行为.虽然稀土Dy 单分子磁体种类多,磁性质优异，但是由于稀土离子中4f 电子受
5s 和5p 电子的屏蔽，很难提高离子间的磁相互作用强度以及稀土离子普遍存在磁化强度量子隧穿（QTM）效应造成磁各向异性和能垒降低的现象,这些缺点阻碍了稀土Dy 单分子磁体发展。
无论对于何种金属中心，作为单分子磁体有两个必要条件，首先电子基态必须是双稳态，具有奇数单电子数的 Kramers 离子具备这样的特征；其次必须具有磁各向异性。