Angew. Chem.：分子基磁电容

电容器是储存电量和电能（电势能）的元件，几乎用于所有的电子设备中。提高电容器容量的常规方法适用于大型电容器的制作，但对于当前越来越微型化的器件则几乎不可能，所以目前电子行业迫切需求开发具有高容量的微型电容器。磁性电容是一种新型的电子元件，在解决该问题起到一定的作用，即在电容器上附加一个磁体可以增加电容的容量或改善器件存储电能的能力。然而，目前的磁电容器要么通过分别独立的磁体和电容器进行组装，要么通过物理混合制备成复合物，具有本征磁电容性质的材料目前尚未见报道。

分子化合物因其根据需要容易对功能基团进行设计，所以在材料研究领域越来越受到青睐，分子基磁电耦合材料在这方面的表现尤为突出。任何化合物都有介电性质，当该化合物结晶在极性点群中时，它的介电性质会得到大大改善。如果材料中含有带未成对电子的金属离子时，那么磁性和介电性就会在该化合物中共存。当磁性离子具有强磁各向异性时，轨道角动量对磁矩的贡献使化合物在磁场作用下产生磁致伸缩，从而诱导电耦极矩的变化，形成磁电耦合。因为材料的电容与其介电常数成正比（C = εA/d，其中C位电容，ε为介电常数），因此利用磁介电耦合的材料可以获得磁电容。

近日，江西理工大学的胡兆波副教授、彭燕副教授等与南京大学的马晶教授、宋友教授课题组合作，基于上述设计思路对磁电耦合材料进行探讨，利用(CETAB)₂[CuX₄]（X = Cl或Br，CETAB = (2-chloroethyl)trimethylammonium）获得了首例分子基磁电容化合物。

该类化合物因分子中阴阳离子对间相互作用导致其在室温附近发生相变，高低温两相中[CuX₄]²⁻离子的构型不同，产生的Jahn-Teller畸变也不同，而自旋载体铜离子对磁场的响应导致两相中的介电常数发生显著变化，进而影响相中的电容性质。研究发现，两个化合物在室温前后首先发生结构相转变，在同样温区两个化合物均表现出非常显著的磁性χ_MT、介电ε、比热C_p和磁电容MC的变温响应。

在该工作中，作者利用非常复杂且特殊收取单晶数据的方法获得了明确的高低温相单晶结构，从而为解释观察到的物理现象提供了便利。类似本推文开始提到的那样，Jahn-Teller效应诱导了高低温两相中的不同结构畸变，使得自旋载体同时作为电偶极矩的来源，所以产生磁电耦合，进而形成磁电容。文章利用磁致伸缩和量子计算两种方法对化合物的物理性质进行了详细的分析，对如何设计合成这类材料提出了合理的构想，特别是作者详细阐述了利用零维化合物获得磁电耦合和磁电容的优势。

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Room-temperature Magnetocapacitance Spanning 97 K Hysteresis in Molecular Material

Ling-Ao Gui, Jiawei Chen, Yi-Fan Zhang, Long-He Li, Jian-Rong Li, Zhao-Bo Hu, Shi-Yong Zhang, Jinlei Zhang, Zhenyi Zhang, Heng-Yun Ye, Yan Peng, Jing Ma and You Song

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202416380

胡兆波博士简介

2020年6月，南京大学配位所，获得理学博士学位。

2020年6月至2022年11月，江西理工大学讲师。

2022年11月至2023年11月，江西理工大学副研究员。

2022年11月至今，江西理工大学副教授。

研究领域：博士期间研究配位磁化学。毕业后，入职江西理工大学，研究领域转向磁电耦合、磁光效应等多种刺激响应的分子基材料领域。曾发现利用金属离子的顺磁性可以实现室温弱场下强的磁电耦合，其磁电耦合来源于顺磁金属离子的自旋轨道耦合引起的磁致伸缩导致材料的电结构发生变化，造成了电偶极矩发生改变实现室温弱场下的磁电耦合，阐明了获得室温弱场下磁电耦合的方法，从而推动国际上开展对磁电耦合的研究。

彭燕博士简介

2015年7月，德国卡尔斯鲁厄理工学院，获得无机化学博士学位。

2015年8月至2019年12月，德国卡尔斯鲁厄理工学院博士后。

2020年12月至2021年11月，江西理工大学讲师。

2022年1月至今，江西理工大学副教授。

研究领域：过渡金属、稀土金属以及过渡-稀土异金属分子磁性材料的研究，特别是单分子磁体和单分子磁环的调控与设计。选用过渡-稀土元素异金属蝶形化合物作为模板，详细讨论了各个调控因子对同一型化合物磁性能的影响。通过实验结合理论，深化了对过渡-稀土元素异金属化合物磁构效关系的理解，为设计具有高能垒以及高阻塞温度的过渡-稀土元素异金属单分子磁体提供理论依据。入职江西理工大学，研究领域由单分子磁体转向磁电耦合、磁光效应等多种刺激响应的分子基材料领域。

马晶教授简介

1998年博士毕业于南京大学。随后在日本歧阜大学从事JSPS海外特别研究员工作。

2000年起任南京大学副教授。

2005年起任南京大学教授。

发展复杂体系及表界面相互作用的分子模拟方法，发表300余篇论文。主持十余项科研项目，包括国家自然科学基金杰出青年基金、国家自然科学基金重点与面上项目和科技部国家重点研发项目课题等。先后获中国化学会青年化学奖、教育部“新世纪人才计划”、第九届中国青年女科学家，全国巾帼建功标兵等荣誉。学术兼职：Langmuir高级编辑、物理化学学报/JCTC/JPCL期刋编委，中国化学会理论化学委员会委员等。

https://www.x-mol.com/university/faculty/11613 

宋友教授简介

2000年7月，南京大学配位所，获得理学博士学位。

2000年11月至2002年11月，日本东京大学先端科学技术研究中心桥本(Hashimoto)研究室，神奈川科学院光机能变换材料设计室，STA博士后研究员、JSPS博士后研究员。

2003年11月至2005年10月，南京大学物理系，从事博士后研究工作。

2005年7月至2005年9月，受聘于台湾大学和中央研究院（台湾）为磁性研究客座专家。

2005年10月至2009年11月，南京大学配位化学国家重点实验室，副教授。

2009年12月至今，南京大学配位化学国家重点实验室，教授。

研究领域：磁化学。早期致力于八氰基分子基磁体和自旋阻挫的研究，近期转向电子自旋量子比特和磁电、磁光等多种刺激响应的分子基材料领域。曾通过基态为零的稀土化合物和任意选用的单核稀土化合物从实验上发现稀土离子的慢磁弛豫行为来自于离子的磁各向异性，属于稀土离子固有的性质，阐明了获得单离子磁体的方法，从而推动国际上开展对单离子磁体的研究。在国际学术期刊上，发表学术论文370篇，Web of Science上的H-index为67。

https://www.x-mol.com/university/faculty/11598