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    发布时间:2018-06-06 08:46:16    点击:1732

王新平课题组发现了新型有机低维磁性链


    微观粒子的运动规律满足量子力学的运动方程--薛定谔方程,但是由大量原子组成的多粒子体系的整体行为描述,薛定谔方程却无法完成。量子自旋系统是量子关联多体系统研究的一个重要领域。低维磁性链则是典型的量子自旋系统,具有新奇的量子物态(如量子涨落),一直是凝聚态物理的热门研究方向。1983年,Haldane(2016年诺贝尔物理学奖获得者)提出了著名的Haldane猜想:对自旋为S的量子反铁磁海森堡模型,整数自旋情形下体系具有能隙,而半整数自旋情形下体系无能隙。“Haldane相”的拓扑性内涵可以用来刻画一大类量子物态。S = 1反铁磁海森堡一维链中的Haldane猜想很快被大量过渡金属化合物所证实,但已知的S = 1金属化合物一维磁性链由于具有较大的各向异性,并不是理想的反铁磁一维链研究模型。
    有机自由基一般各向异性较小,由其构成的磁性一维链引起人们较大的兴趣,然而迄今为止仅仅只有一例S = 1反铁磁有机一维链见诸报道。 王新平课题组近几年合成了一系列空气稳定的氮杂双自由基(Acc Chem. Res. 2017,50,1997), 并于2016年发现了基于有机双自由基的磁性双稳态现象(J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 10092)。 最近该课题组成功合成了一例基于双自由基的有机磁性一维链。研究成果在线发表于J. Am. Chem. Soc.(2018,DOI: 10.1021/jacs.8b02415)。论文第一作者为博士生王文清,第二作者为博士生陈超,王新平教授和美国Nebraska大学Andrzej Rajca教授为通讯作者。
    对四氮杂环蕃化合物进行两次氧化,得到热力学非常稳定的双阳离子(>180 oC)。EPR谱和理论计算表明该化合物具有三线态基态(S = 1)。对SQUID 测试结果80K - 350 K温度区间的χMT值进行模拟,得到单-三线态能量差2J = ΔEST = 240 K;对1.85 K - 60 K温度区间的χM值进行模拟,发现双自由基形成一维磁性链,分子间存在反铁磁耦合作用(J ' = –5.4 K)。晶体结构表明双自由基沿单胞的对角线方向堆积呈一维链,并通过外围芳基之间π-π作用形成。一维链Haldane能隙为0.41 × 2|J/k| » 4.4 K,具有高度的各向同性(|D/2J| » 7 ´ 10-4),而链间耦合作用很小(q » 0.3 K)。因此本研究提供了一例理想的S = 1磁性一维链模型。目前课题组通过合作正在研究该一维链的相关量子物态。
 
 
    本研究得到了教育部、科技部、国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等资金的支持。

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