分子磁體研究團隊在單分子磁體的同位素效應研究中取得新進展
作為嚴格均一分布的分子尺度量子信息材料，單分子磁體領域的重要研究任務是發展精準的分子創制策略，發掘精密測量新技術，發現量子磁性新現象、新機制及其調控新方法。
單分子磁體的同位素效應及其弛豫機制是極具挑戰性的科學問題，至今極少研究涉及單分子磁體的同位素效應，且主要的研究手段是采用天然豐度高的金屬離子或者對順磁金屬離子的同位素富集來研究單分子磁體的同位素效應。太阳集团1088vip分子磁體研究團隊在前期建立的配位對稱性導向組裝高性能單分子磁體策略基礎上，首次在具有五角雙錐配位幾何的165Ho3+單分子磁體中觀察到超精細相互作用能有效抑制零磁場下的磁量子隧穿效應，該發現開啟了提升單分子磁體性能的核自旋抑制磁量子隧穿效應的新策略（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 4996, VIP Paper）。
圖1 钬單分子磁體同位素異構體的磁動力學研究
最近，該團隊運用氘代技術，将上述165Ho3+單分子磁體中的H2O配體以及EtOH晶格溶劑分子替換成D2O以及EtOD，精準合成出一對五角雙錐Ho(III)單分子磁體的同位素異構體。動态磁學性質表征結果顯示，氘代前後單分子磁體的弛豫速率之比在高低溫區發生了切換，氘代單分子磁體低溫時弛豫更快而高溫時弛豫更慢。量子從頭算表明，氘代分子第二激發雙線态的隧穿裂分僅為未氘代分子的五分之一，因此氘代分子在高溫下具有更慢的弛豫速率；另外，考慮到氘具有更大的核自旋量子數（IH = 1/2, ID = 1），與165Ho3+發生超超精細相互作用後，基态雙線态的能态密度增加、能譜寬化，因此氘代分子在低溫下具有更快的弛豫速率。利用上述條件進行簡單建模，通過模拟計算可複現實驗結果，解釋了上述同位素效應主要源于隧穿裂分及氕、氘的核自旋量子數差異。
該發現揭示了超精細相互作用及超超精細相互作用對單分子磁體磁動力學的重要影響及調控機制，為稀土單分子磁體弛豫機制的同位素效應及其調控機制研究奠定了重要基礎。
該研究論文以“Magnetization Dynamics on Isotope-Isomorphic Holmium Single-Molecule Magnets”為題，發表在Angew. Chem. Int. Ed.上，并被編輯部選為熱點文章（Hot Paper）及内封面文章。太阳集团1088vip為該成果的第一完成單位，劉揚和Le Tuan Anh Ho博士為文章共同第一作者，劉俊良副教授和新加坡國立大學Liviu Ungur博士為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金重點國際（地區）合作研究項目、廣東省“珠江人才計劃”本土創新科研團隊等項目的支持。
