球状稀土团簇组装及磁交换“指纹谱”研究取得新进展

近日，在郑彦臻教授指导下，西安交通大学前沿院博士生秦雷和周国军采用配体控制可控水解的方法，通过溶液化学和溶剂热化学反应成功地制备出四例球状钆基团簇化合物，并成功俘获两个中间体簇合物。这四个球状簇合物的核结构均具有很高的对称性，其大小也随着核数的增加由1.2 nm逐渐增加到2.0 nm左右。经过拓扑结构分析表明，这些簇合物都是由较小的三角形、四边形、五边形和六边形等次级构筑基元通过共顶点、共边和共面的方式连接成整体的球状结构。其中，Gd20和Gd50均呈现出少见的近Ih对称性，而Gd32呈现出严格的Oh对称性，Gd60呈现出略微变形的近Oh对称性。实验及基于海森堡模型的蒙特卡洛理论研究表明这系列化合物均具有弱的反铁磁磁交换作用。通过脉冲高场磁化强度数据测试表明不同的簇合物的磁交换与结构中的Gd-O-Gd键角息息相关，具有明显的规律性，可推导出J= 0.0072φ−0.85245 (cm−1)的关系。更有意思的是不同磁交换体系对应明显不同的磁化强度微分曲线，这种磁构关系有望作为这些大型稀土基簇合物在强磁场下的“指纹谱”，用于鉴定该类化合物。该项研究工作得到了国家“青年千人”项目、自然科学基金重点国际（地区）合作项目、面上项目、武汉国家强磁场研究中心、唐仲英基金会及中央高校基本科研业务费的支持。