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分子基磁体(molecule-basedmagnet)是这样一类磁性材料,它们的特点是:低密度、透明、绝缘和在低温下可以进行组装。分子基磁体是由分子和分子离子组成的分子固体,而不是原子和离子。在结构上与传统的合金,金属间化物和金属氧化物的磁性材料相比,它们之间缺乏强的共价键,显现出明显的分子构架,并且这类材料常常是可溶的。同时,更为引人注意的是分子基磁体还伴随有其它的特殊性质,例如对光的敏感性。研究表明所有传统的过渡金属和稀土金属磁性材料的基本性质都可以在分子基磁体中发现。在分子基磁体中已经获得了超室温的磁有序温度的磁体,如普鲁士蓝类配合物这一类的分子磁体,它的自发磁化率含盖了极高和很宽的居里温度(从90K到376K),由于氰根CN-极强的传递磁相互作用的能力以及它与过渡金属配位十分稳定的特性,现在从分子前体M(CN)63-(M=CrⅢⅢ,FeⅢⅢ)中可以合成许多的普鲁士蓝类磁体和磁性薄膜,这是一个通用的分子前体,这个高居里温度Tc系统给出了令人兴奋的课题,因此,我们的工作首次合成了Cu2[Fe(CN)6]2·11.6H2O,CuⅡ3[FeⅢ(CN)6]2·3NH3·6H2O和K0.1Mn1.4[Fe(CN)6]·yH2O三个分子磁体。首次对普鲁士蓝类配合物的铁磁耦合相互作用类型的临界参数进行了测定,首次提出样品CuⅡ3[FeⅢ(CN)6]2·3NH3·6H2O在低温下存在铁磁相和自旋玻璃相共存的情况,提出了配合物K0.1Mn1.4[Fe(CN)6]·yH2O中的磁有序温度和亚铁磁耦合现象。本论文得到了如下几个方面成果:1研究了普鲁士蓝络合物Cu2[Fe(CN)6]2·11.6H2O的穆斯堡尔变温谱和VSM(样品振动磁强计)测量结果,通过外推x-1与T的关系曲线的线性部分到x-1=0的地方,得到样品的顺磁居里温度θ=+19K。这样可以估计样品的居里温度大约是Tc=18.5K(因为Tp>Tc)。通过最小二乘拟合可以得到临界参数β值为0.338。因此,可以用自旋波理论对样品在居里温度附近的磁行为进行解释。
2详细研究了分子磁体CuⅡ3[FeⅢ(CN)6]2·3NH3·6H2O静态和动态的磁特性,通过线性的交流磁化率(AC),不可逆的场冷却(M(T)FC)和零场冷却(M(T)ZFC)的直流磁化率与温度曲线(M-T)以及MZFC的弛豫现象可以看到在低于Tc温区范围磁系统包含了一个铁磁的自旋簇,在Tg(Tg<Tc)的附近混合了一个小的自旋玻璃簇的情形,这种现象可在用铁磁的自旋玻璃相的理论来解释,它的磁有序温度出现在19.8K以下。
3对普鲁士蓝配合物K0.1Mn14[Fe(CN)6]·yH2O进行了穆斯堡尔变温谱的测量,双峰的产生是由于低自旋(S=1/2)的FeⅢ离子的价电子对电场梯度(EFG)的贡献不为零引起的。通过低温的VSM测量,说明了样品的氰根桥联的Mn-Fe双金属原子的相互作用为亚铁磁耦合类型,磁相变温度大约在11K左右。
在普鲁士蓝类配合物中,由多氰根桥联的金属离子展现出传递极强的磁耦合相互作用,超室温的磁体和磁薄膜也已经被制备出来,这些分子磁体和磁性薄膜的居里温度,磁化率,矫顽力以及薄膜的色彩都可以人为的控制,甚至磁极也可以用光的诱导完成翻转,普鲁士蓝类分子磁体的这些广泛的和多样的物理性质使普鲁士蓝磁体的研究还会在以下的几个领域得到发展:1)热点是集中在具有磁-光效应(法拉弟效应)和光-磁效应的分子磁体的研究。
2)寻找透明绝缘磁体,磁性薄膜,可塑性磁体和稳定的居里温度超室温的磁体仍然是这一领域中最吸引人的课题。
所以,普鲁士蓝类配合物应该是未来最具应用前景的分子磁体。