分子磁体研究团队在单分子磁体的同位素效应研究中取得新进展
作为严格均一分布的分子尺度量子信息材料，单分子磁体领域的重要研究任务是发展精准的分子创制策略，发掘精密测量新技术，发现量子磁性新现象、新机制及其调控新方法。
单分子磁体的同位素效应及其弛豫机制是极具挑战性的科学问题，至今极少研究涉及单分子磁体的同位素效应，且主要的研究手段是采用天然丰度高的金属离子或者对顺磁金属离子的同位素富集来研究单分子磁体的同位素效应。永利集团3044noc登录入口分子磁体研究团队在前期建立的配位对称性导向组装高性能单分子磁体策略基础上，首次在具有五角双锥配位几何的165Ho3+单分子磁体中观察到超精细相互作用能有效抑制零磁场下的磁量子隧穿效应，该发现开启了提升单分子磁体性能的核自旋抑制磁量子隧穿效应的新策略（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 4996, VIP Paper）。
图1 钬单分子磁体同位素异构体的磁动力学研究
最近，该团队运用氘代技术，将上述165Ho3+单分子磁体中的H2O配体以及EtOH晶格溶剂分子替换成D2O以及EtOD，精准合成出一对五角双锥Ho(III)单分子磁体的同位素异构体。动态磁学性质表征结果显示，氘代前后单分子磁体的弛豫速率之比在高低温区发生了切换，氘代单分子磁体低温时弛豫更快而高温时弛豫更慢。量子从头算表明，氘代分子第二激发双线态的隧穿裂分仅为未氘代分子的五分之一，因此氘代分子在高温下具有更慢的弛豫速率；另外，考虑到氘具有更大的核自旋量子数（IH = 1/2, ID = 1），与165Ho3+发生超超精细相互作用后，基态双线态的能态密度增加、能谱宽化，因此氘代分子在低温下具有更快的弛豫速率。利用上述条件进行简单建模，通过模拟计算可复现实验结果，解释了上述同位素效应主要源于隧穿裂分及氕、氘的核自旋量子数差异。
该发现揭示了超精细相互作用及超超精细相互作用对单分子磁体磁动力学的重要影响及调控机制，为稀土单分子磁体弛豫机制的同位素效应及其调控机制研究奠定了重要基础。
该研究论文以“Magnetization Dynamics on Isotope-Isomorphic Holmium Single-Molecule Magnets”为题，发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，并被编辑部选为热点文章（Hot Paper）及内封面文章。永利集团3044noc登录入口为该成果的第一完成单位，刘扬和Le Tuan Anh Ho博士为文章共同第一作者，刘俊良副教授和新加坡国立大学Liviu Ungur博士为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点国际（地区）合作研究项目、广东省“珠江人才计划”本土创新科研团队等项目的支持。
