稀土离子4f电子云的形状研究

单分子磁体是一类具有强易轴各向异性的分子纳米磁体，可以在特定温度以下表现出磁滞等类似磁体的行为，是一种超顺磁态。分子中仅含有一个金属离子的单分子磁体通常被称为单离子磁体，近20年来，人们通常可以使用各向异性很强的稀土离子来构筑单离子磁体。稀土离子配合物往往具有较低的对称性，因此很难从几何结构上确定稀土离子的磁各向异性轴和4f电子云的结构。

北京大学化学与分子工程学院高松教授，王炳武副教授和蒋尚达副研究员等近些年设计合成了大量稀土单离子磁体，并发展了多种方法研究稀土离子的磁轴取向。2010年该课题组报道了基于双酮配体的稀土镝单离子磁体（Angew. Chem., Int. Ed., 2010, 49, 7448）。经过系统研究，蒋尚达副研究员发现在某些特殊对称性下，晶体和分子的磁各向异性轴严格重合，通过单晶转动实验确定晶体的磁化率张量，进而求得晶体和分子的各向异性轴（Jiang SD., Wang BW., Gao S. (2014) Advances in Lanthanide Single-Ion Magnets. In: Gao S. (eds) Molecular Nanomagnets and Related Phenomena. Structure and Bonding, vol 164. Springer, Berlin, Heidelberg）。2015年，蒋尚达和高松教授通过该方法首次确定了双酮类稀土单离子磁体的磁易轴取向，结果显示实验结果与量子化学从头算以及晶体场分析的结果非常接近，该工作发表在英国皇家化学会的旗舰杂志《化学科学》上（Chem. Sci., 2015, 6, 4587）。