廈大手性稀土-過渡金屬團簇的磁手征二色性效應研究進展

近日，廈門大學化學化工學院孔祥建教授與法國强磁場國家實驗室的Matteo Atzori博士等合作在磁手征二色性（Magneto-Chiral Dichroism）效應的研究中取得重要進展，相關研究成果以“Magnetic 3d–4f Chiral Clusters Showing Multimetal Site Magneto-Chiral Dichroism”為題線上發表於《美國化學會志》（J. Am.Chem.Soc.2022，DOI: 10.1021/jacs.2c03049）。

磁手征二色性（Magneto-Chiral Dichroism，MChD）是非偏振光、手性介質和磁場相互交叉產生的新型磁光效應，這種效應可以理解為手性介質對平行或反平行於磁場的自然光有不同的摩爾吸光係數，它不依賴於光的偏振狀態。這種磁場調控非偏振光訊號的效應有巨大的科技價值，如果MChD效應足够顯著，就可能基於此設計一系列新型光子學器件。然而，現時MChD效應的研究仍處於前沿探索階段，已報導的MChD效應都非常弱。深入理解這種獨特的交叉效應並獲得强的MChD訊號是該領域的主要挑戰。

具有精確結構的稀土–過渡金屬（3d-4f）分子磁體不但具有多個磁性和光學活性中心，而且稀土與過渡金屬間具有較强的磁相互作用，理論上是一類具有强MChD效應的潜在理想資料。鑒於此，本研究設計合成了兩種手性3d-4f團簇Ln₅Ni₆（Ln = Dy和Y），其中Ln₅Ni₆團簇具有螺旋手性的三明治結構，Dy^III和Ni^II之間存在鐵磁耦合，而Ni^II中心之間存在反鐵磁耦合。兩種團簇分子在可見-近紅外區域都表現出多金屬位點强MChD訊號，這是首次從實驗上觀測到這麼强的MChD訊號。比較自然圓二色（Circular Dichroism，CD）和磁圓二色（Magnetic Circular Dichroism，MCD）光譜，發現d-d躍遷相關的MChD訊號主要由自然光性驅動，而與f-f躍遷相關的MChD訊號則主要由磁致光性驅動。該項工作為設計合成具有强磁手征二色性效應的分子磁光資料提供了理論指導。

該院2018級碩士研究生王星和2013級碩士研究生王世强為論文共同第一作者，博士生陳佳楠參與了部分工作整理，中山大學的賈建華副教授在CD和MCD光譜測試方面給予了支持，廈門大學化學化工學院院汪騁教授、龍臘生教授和鄭蘭蓀教授在資料分析過程中給予大量幫助，法國强磁場國家實驗室Matteo Atzori博士等研究人員測試和分析了MChD效能。該研究工作得到了國家自然科學基金（92161203、92161104、21871224、21721001）和嘉庚創新實驗室（RD2021040301）等項目的資助。

論文連結：https://doi.org/10.1021/jacs.2c03049