A Coordination Chemistry Approach to the Synthesis of Single-Molecule Magnets

合成单分子磁体的配位化学方法

基本信息

  • 批准号:
    2350466
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 60万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2024-05-01 至 2027-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

With support from the Chemical Structure, Dynamics & Mechanisms B (CSDM-B) Program of the Chemistry Division, Professor Jeffrey R. Long of the Department of Chemistry at the University of California, Berkeley, is designing and synthesizing new single-molecule magnets. Upon removal of an applied magnetic field, these species display signatures of magnetic memory, a property long thought to arise exclusively from long-range magnetic order in bulk permanent magnet materials. However, the observation of such behavior in individual nanoscopic molecules is remarkable and may lead to transformative advances in areas such as high-density data processing, quantum information science, and quantum sensing. This project lies at the interface of synthetic molecular chemistry and physics and is therefore ideally suited for interdisciplinary young scientists with broad interests and for promoting the inclusion of students from underrepresented backgrounds. Finally, an outreach program will seek to educate Bay Area K–12 students on the role and wonder of magnetic molecules in society.This research will employ fundamental molecular design principles to newly synthesize single-molecule magnets, aiming for systems with high operating temperatures. The project will test the central hypothesis that coordination chemistry can enable the synthesis of molecules with tailored electronic structures, thereby giving rise to single-molecule magnets with unprecedented operating temperatures. More specifically, this proposal focuses on the design and synthesis of new lanthanide- and transition metal-based molecules with (i) maximal axial crystal-field anisotropy to give high relaxation barriers and (ii) strong magnetic exchange interactions to mitigate deleterious quantum tunneling. This project will expand our knowledge of how to manipulate a wide range of magnetic properties in molecules, including single-ion magnetic anisotropy, magnetic coercivity, and magnetic coupling interactions. The fundamental knowledge generated from this project may lead to advances in myriad technological areas–including quantum information science, ultra-hard magnetism, and biomedical imaging.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在化学部的化学结构,动力学和机制B(CSDM-B)计划的支持下,加州大学伯克利分校化学系的Jeffrey R. Long教授正在设计和合成新的单分子磁铁。去除施加的磁场后,这些物种显示出磁性记忆的特征,长期以来,属性仅由大量永久磁铁材料中的远程磁性产生。但是,在单个纳米镜分子中观察到这种行为的观察是显着的,并且可能导致高密度数据处理,量子信息科学和量子灵敏度等领域的变革性进步。该项目位于合成分子化学和物理学的界面,因此非常适合具有广泛兴趣的跨学科年轻科学家,并促进了来自代表性不足的背景的学生。最后,一项外展计划将寻求教育湾区K-12学生在社会中的作用和奇迹。这项研究将采用基本的分子设计原理来新合成单分子磁铁,旨在实现高工作温度的系统。该项目将检验中心假设,即配位化学可以使分子与量身定制的电子结构合成,从而产生具有前所未有的工作温度的单分子磁铁。更具体地说,该提案的重点是新的灯笼和过渡金属分子的设计和合成(i)(i)(i)最大轴向晶体场各向异性,以提供高弛豫屏障,并(ii)强烈的磁性交流以减轻有害的量子隧道。该项目将扩大我们如何操纵分子中广泛的磁性特性的知识,包括单离子磁各向异性,磁性和磁耦合相互作用。该项目产生的基本知识可能会导致无数技术领域的进步,包括量子信息科学,超硬磁性和生物医学成像。这项奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准来评估,被认为是珍贵的支持。

项目成果

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  • 通讯作者:
    Alexei Y. Bagrov

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