西北工大最新科研：反铁磁性链的定向合成

赵桂芝 2024-12-18

在西北工业大学凝固技术国家重点实验室开放课题（SKLSP202016）等基金的资助下，华中科技大学卢红成教授与凝固技术国家重点实验室王涛教授合作

在西北工业大学凝固技术国家重点实验室开放课题（SKLSP202016）等基金的资助下，华中科技大学卢红成教授与凝固技术国家重点实验室王涛教授合作，在先进功能材料方向完美反铁磁性链的定向合成与量子磁性相关研究取得新的研究进展。

在西北工业大学凝固技术国家重点实验室开放课题（SKLSP202016）等基金的资助下，华中科技大学卢红成教授与凝固技术国家重点实验室王涛教授合作，在先进功能材料方向完美反铁磁性链的定向合成与量子磁性相关研究取得新的研究进展。相关成果以“Construction of Ideal One-Dimensional Spin Chains by Topochemical Dehydration/Rehydration Route”和“Single-Step Synthesis of An Ideal Chain Antiferromagnet [H2(4,4’-bipyridyl)](H3O)2Fe2F10 with Spin S=5/2”为题分别在国际著名期刊《Journal of the American Chemical Society》和《Angewandte Chemie International Edition》上发表。

低维量子磁性材料因具有量子自旋液体等新奇量子现象以及与高温超导的相关性，近年来迅速成为研究前沿和热点，在超能量子计算和新型自旋电子器件等领域有着潜在的应用。一维（1D）海森堡自旋链材料因其为最简单的低维量子磁性材料，而首先得到重点关注和研究。然而，对于具有大自旋的一维海森堡自旋链材料，即使是微弱的链间相互作用也会导致出现长程磁有序，抑制其强量子涨落行为。因此，设计构筑具有极弱的链间相互作用的具有大自旋一维反铁磁体仍然面临巨大的挑战。

针对上述难题，该团队提出“脱水-再水合”拓扑合成策略，成功将弱磁性零维磁性结构(2,2′-bpy)FeF3(H2O)·2H2O转化为3.3 K磁有序的自旋链(2,2′-bpy)FeF3(2,2′-bpy为2,2′-联呲啶），再使其在室温特定湿度下重新水合转化为S = 5/2的完美反铁磁自旋链(2,2′-bpy)FeF3·2H2O。磁化率、比热、穆斯堡尔谱和电子自旋共振等测试结果表明该自旋链在极低温（0.5 K）仍无长程磁有序迹象（如图1所示）。同时，将该策略拓展至S = 3/2体系，验证了其具有普适性。此拓扑合成方法为其它一维自旋链和二维自旋阻挫磁格子等磁性材料的合成提供了新思路。

在上述研究基础上，该团队利用有机长链配体4,4′-联吡啶的解离常数随着温度降低而增大，通过低温水热条件将4,4′-联吡啶配体质子化，进一步获得了一例自旋数为5/2的新型一维反铁磁性链化合物[H2(4,4′-bpy)](H3O)2Fe2F10。尽管链内磁相互作用（-16.2K）很强，该化合物在低温至0.5 K都成功避免了三维传统磁有序的出现（如图2所示）。此例一维磁性非常优异的理想S = 5/2反铁磁性链，为后续进一步深入研究低维磁性材料提供了优异的实验材料。

图片导读

图1. 零维到一维结构与磁性的拓扑转变：（a）晶体结构；（b）磁化率。

图2. (a)~(c) [H2(4,4′-bpy)](H3O)2Fe2F10的晶体结构；（d）磁化率；（e）比热。

文章链接：

Construction of Ideal One-Dimensional Spin Chains by Topochemical Dehydration/Rehydration Route - PubMed (nih.gov)

《Journal of the American Chemical Society》

Single‐Step Synthesis of An Ideal Chain Antiferromagnet [H2(4,4′‐bipyridyl)](H3O)2Fe2F10 with Spin S=5/2 - Wang - Angewandte Chemie International Edition - Wiley Online Library

《Angewandte Chemie International Edition》

内容来源：凝固技术国重实验室

责任编辑：展源

审　　核：何发

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