王新平課題組發(fā)現(xiàn)了新型有機(jī)低維磁性鏈
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微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律滿足量子力學(xué)的運(yùn)動(dòng)方程--薛定諤方程，但是由大量原子組成的多粒子體系的整體行為描述，薛定諤方程卻無(wú)法完成。量子自旋系統(tǒng)是量子關(guān)聯(lián)多體系統(tǒng)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。低維磁性鏈則是典型的量子自旋系統(tǒng)，具有新奇的量子物態(tài)（如量子漲落），一直是凝聚態(tài)物理的熱門(mén)研究方向。1983年，Haldane（2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者）提出了著名的Haldane猜想：對(duì)自旋為S的量子反鐵磁海森堡模型，整數(shù)自旋情形下體系具有能隙，而半整數(shù)自旋情形下體系無(wú)能隙。“Haldane相”的拓?fù)湫詢?nèi)涵可以用來(lái)刻畫(huà)一大類量子物態(tài)。S = 1反鐵磁海森堡一維鏈中的Haldane猜想很快被大量過(guò)渡金屬化合物所證實(shí)，但已知的S = 1金屬化合物一維磁性鏈由于具有較大的各向異性，并不是理想的反鐵磁一維鏈研究模型。 有機(jī)自由基一般各向異性較小，由其構(gòu)成的磁性一維鏈引起人們較大的興趣，然而迄今為止僅僅只有一例S = 1反鐵磁有機(jī)一維鏈見(jiàn)諸報(bào)道。 王新平課題組近幾年合成了一系列空氣穩(wěn)定的氮雜雙自由基（Acc Chem. Res. 2017,50,1997）, 并于2016年發(fā)現(xiàn)了基于有機(jī)雙自由基的磁性雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 10092）。 最近該課題組成功合成了一例基于雙自由基的有機(jī)磁性一維鏈。研究成果在線發(fā)表于J. Am. Chem. Soc.（2018，DOI: 10.1021/jacs.8b02415）。論文第一作者為博士生王文清，第二作者為博士生陳超，王新平教授和美國(guó)Nebraska大學(xué)Andrzej Rajca教授為通訊作者。 對(duì)四氮雜環(huán)蕃化合物進(jìn)行兩次氧化，得到熱力學(xué)非常穩(wěn)定的雙陽(yáng)離子（>180 oC）。EPR譜和理論計(jì)算表明該化合物具有三線態(tài)基態(tài)（S = 1）。對(duì)SQUID 測(cè)試結(jié)果80K - 350 K溫度區(qū)間的χMT值進(jìn)行模擬，得到單-三線態(tài)能量差2J = ΔEST = 240 K；對(duì)1.85 K - 60 K溫度區(qū)間的χM值進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)雙自由基形成一維磁性鏈，分子間存在反鐵磁耦合作用（J ' = –5.4 K）。晶體結(jié)構(gòu)表明雙自由基沿單胞的對(duì)角線方向堆積呈一維鏈，并通過(guò)外圍芳基之間π-π作用形成。一維鏈Haldane能隙為0.41 × 2|J’/k| » 4.4 K，具有高度的各向同性（|D/2J’| » 7 ´ 10-4），而鏈間耦合作用很小(q » 0.3 K)。因此本研究提供了一例理想的S = 1磁性一維鏈模型。目前課題組通過(guò)合作正在研究該一維鏈的相關(guān)量子物態(tài)。
本研究得到了教育部、科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金和江蘇省自然科學(xué)基金等資金的支持。 |
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