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氰根桥联3d-4f配合物分子磁体的磁性研究

作　者: 王丽娜
导　师: 梁福沛；何云
学　校: 广西师范大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 氰根桥联配合物分子磁体磁相互作用稀土-铁氰化物
分类号: O482.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

氰根桥联的金属配合物由于其出现超室温的居里温度和迷人的光磁性等现象,在许多领域受到广泛的关注。但此类配合物的研究大都集中于过渡金属离子,到目前关于3d-4f配合物的磁交换作用研究仍然很少。影响此类配合物磁性的主要来源为稀土离子的未满的4f电子,由于稀土离子Ln3+(除了Gd3+)具有非零的轨道角动量(L),自旋轨道耦合影响了等方性仅自旋的哈密顿函数的使用。晶体场与轨道贡献的联合效应导致磁化率和交换相互作用的各向异性。近年来,人们利用DMF、甜菜碱等混合配体合成了一系列氰根桥联的稀土-过渡金属异多核配合物。发现3d-4f氰根桥联配合物有着丰富和新颖的空间结构排列体系,以及独特的光学与磁学性能,同时有着特殊的应用潜力,成为物理、化学和材料科学等交叉学科的重要课题之一本论文通过对配合物磁性测量并结合已证实分子微观结构,对氰根桥联3d-4f配合物进行磁性研究。本论文主要研究结果如下：1.主要研究了弱磁场100 Oe作用下的杂化氰根桥联3d-4f双核配合物[Ln(H2O)3(DMF)4(μ-CN)Fe(CN)5]·nH2O(Ln=Nd,Gd,Er)的磁性。在高温时,这三个样品都遵循居里-外斯定律,通过外推χm-1与T的关系曲线的线性部分到χm-1=0,得到此三个样品的顺磁居里温度θ<0,证实此类配合物自旋间存在反磁性相互作用。其中样品[GdFe]与[ErFe]的磁化率在低温时也遵循居里-外斯定律。[NdFe]当温度低于50K时,磁化率偏离了居里-外斯定律,主要原因是由于Nd3+低温时的基态与第一激发态能级布居发生改变。通过哈密顿量H=JS1S2+β(S1g1+S2g2)H对此类双核配合物拟合得到Nd3+,Gd3+,Er3+与Fe3+之间自旋相互作用积分J分别为-48.4cm-1,-0.44cm-1,-6.06cm-1,这些J值大小主要与稀土离子Nd3+,Gd3+,Er3+非线性的磁结构有关,表示氰根桥联Ln与Fe离子间存在反铁磁性的自旋相互作用。2.主要研究了低外场10Oe,100 Oe下的氰根桥联3d-4f双核配合物LnFe(CN)6·4H2O(Ln=Sm3+,Gd3+)的磁性。样品[GdFe]通过外推χm-1与T的关系曲线的线性部分到χm-1=0,得到此三个样品的顺磁居里温度θ＜0,证实此类配合物呈反磁性。其中样品[SmFe]的磁化率不遵循居里外斯定律,这是由于Sm离子的基态与第一激发态的塞曼效应分布。但两者的χmT随温度T的变化有着相同的趋势,这种趋势可通过分子场理论来解释,在化合物[LnFe]中,证实了Ln-Fe自旋相互作用为反铁磁性行为,由于Sm3+／Gd3+有着较大的磁矩,且Sm3+／Gd3+之间的距离较近,也证明它们有着不可忽略的铁磁性的自旋相互作用。在低温时Ln-Fe自旋相互作用略大于Gd-Gd自旋相互作用,且两者属于相同数量级,这两类相互作用使得此类化合物在低温时呈亚铁磁有序。最后,简要总结了本文的工作,并展望了未来3d-4f金属配合物分子磁体的研究。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-22
  1.1 分子基磁体概述  9
  1.2 氰根桥联金属配合物分子基磁体概论  9-11
  1.3 氰根桥联金属配合物分子基磁体分类及其磁性研究  11-13
    1.3.1 含普通胺类配体的配合物分子磁体  11-12
    1.3.2 含多齿氮杂大环配体的配合物分子磁体  12
    1.3.3 含芳香类配体的配合物分子磁体  12
    1.3.4 含四齿席夫碱的配合物分子磁体  12-13
  1.4 氰根桥联配合物分子基磁体中磁交换作用理论研究及模型  13-15
  1.5 氰根桥联配合物分子基磁体的新成果及其应用前景  15-18
    1.5.1 室温磁体装置  15-16
    1.5.2 磁—光效应  16
    1.5.3 光—磁效应  16
    1.5.4 高核团簇  16-18
  参考文献  18-22
第二章物质的磁性基础理论  22-39
  2.1 原子磁矩  22-24
    2.1.1 原子的电子结构  22
    2.1.2 原子的磁距  22-24
  2.2 磁性类型  24-33
    2.2.1 抗磁性  24-26
    2.2.2 顺磁性  26-27
    2.2.3 铁磁性  27-28
    2.2.4 反铁磁性  28-31
    2.2.5 亚铁磁性  31-33
  2.3 磁有序的交换作用  33-38
    2.3.1 直接交换相互作用  33-36
    2.3.2 间接交换相互作用  36-37
    2.3.3 RKKY相互作用  37-38
  参考文献  38-39
第三章氰根桥联的3d-4f双核配合物[Ln(H_2O)3(DMF)_4(μ-CN)Fe(CN)_5]·nH_2O(Ln=Nd,Gd,Er)的磁性研究  39-47
  3.1 引言  39
  3.2 实验部分  39
  3.3 结果与分析  39-44
  3.4 结论  44-45
  参考文献  45-47
第四章化合物SmFe(CN)_6·4H_2O和GdFe(CN)_6·4H_2O的磁性研究  47-56
  4.1 引言  47
  4.2 实验部分  47
  4.3 结果与分析  47-53
  4.4 结论  53-54
  参考文献  54-56
第五章总结与展望  56-57
致谢  57-59

氰根桥联3d-4f配合物分子磁体的磁性研究

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