新型稀土磁、光功能材料的基礎科學問題

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1、項目名稱：新型稀土磁、光功能材料的基礎科學問題首席科學家：嚴純?nèi)A北京大學起止年限：2006.1至2010.12依托部門：教育部科研中國[www.SciEi.com]收集于網(wǎng)絡，僅供參考一、研究內(nèi)容1、擬解決的關鍵科學問題揭示典型化合物(金屬間化合物、氧族化合物、分子固體及其雜化材料等)在不同凝聚態(tài)(體相、介觀和分子狀態(tài)等)中稀土元素4f亞層電子本身的運動規(guī)律、4f電子與過渡金屬和主族元素d,p,s電子間的相互作用及其與結構及相變的關系。(1)在稀土-過渡金屬化合物的室溫磁熵變材料研究中，揭示磁相變和結構相變之間、磁相變性質(zhì)(一級、二級)和磁熱效應間的相關性，揭示磁性能與彈性能(

2、伴隨晶格膨脹、畸變)之間的競爭、自旋密度漲落、電子結構等與相變性質(zhì)之間的關系，揭示一級磁相變和多重磁相變的特征和形成機制及其與巡游電子變磁轉(zhuǎn)變之間的關系，以及分離晶格熵、電子熵和磁熵對磁熱效應的影響，闡明磁熵變的機理和獲得巨大磁熱效應的途徑；(2)充分利用分子固體體系易于進行組成和結構調(diào)變的優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)新的基于“原子磁體”、“單分子磁體”和“單鏈磁體”的宏觀量子現(xiàn)象，通過量子化學計算闡明其物理根源，為開發(fā)新的磁性分子材料和器件提供依據(jù)；(3)在稀土分子固體及其雜化體系的光學性質(zhì)研究中，通過配位環(huán)境的設計、控制和無機/有機雜化等方式，著重解決稀土配合物在特殊條件下（高真空、高場強、

3、激發(fā)態(tài)）的穩(wěn)定性難題；發(fā)展新的相對論含時密度泛函方法和程序，通過理論計算闡明稀土離子在不同配位環(huán)境下不同波段中（紫外、可見、紅外）的4f-4f的運動規(guī)律及其在顯示器件、光傳導和光放大中的能量傳遞機理，為新型信息顯示和傳輸器件的開發(fā)提供依據(jù)；(4)探索新型稀土金屬間化合物、稀土固體化合物、稀土分子基化合物及其雜化材料的控制合成方法，在多尺度上揭示其結構、織構、表面和界面等與宏觀磁學和光學性質(zhì)的關聯(lián)和規(guī)律，從而指導高性能稀土磁學、光學功能材料的合成及原理器件的制備。2、主要研究內(nèi)容針對上述擬解決的關鍵科學問題，本項目將圍繞稀土磁性、光學功能材料的控制合成、組成、結構調(diào)變及其與材料性

4、能的關系開展系統(tǒng)研究，旨在揭示稀土元素在相關材料中的特殊作用及其規(guī)律，深化對材料構效關系物理本質(zhì)的認識，探索和建立新材料的合成和制備方法。主要研究對象將包括稀土-過渡族金屬間化合物、稀土氧化物/復合氧化物和稀土分子固體及其雜化體系三種最具典型意科研中國[www.SciEi.com]收集于網(wǎng)絡，僅供參考義的材料體系。在磁性材料研究中，將重點研究4f-3d電子在稀土-過渡族金屬間化合物、稀土分子固體體系中的作用機理和規(guī)律，以及相應的室溫巨磁熵變、分子磁體和相關復合功能材料，主要研究內(nèi)容如下：(1)基于前期“973”項目研究中在稀土-鐵/錳基化合物體系所發(fā)現(xiàn)的優(yōu)異巨磁熵變效應，將系統(tǒng)

5、研究稀土-過渡族金屬間化合物的合成方法和新體系，揭示巨磁熵變與磁熱效應的物理機理，重點研究磁相變和結構相變之間的關系，磁相變性質(zhì)和磁熱效應之間的關系，磁性能與彈性能之間的競爭、自旋密度漲落、電子結構等和相變性質(zhì)之間的關系，一級磁相變和多重磁相變的特征、形成機制及其與巡游電子變磁轉(zhuǎn)變之間的關系，分離晶格熵、電子熵和磁熵對磁熱效應的影響，結合理論計算進而闡明磁熵變的機理和獲得巨大磁熱效應的途徑，解決材料制備、穩(wěn)定和應用中的關鍵科學問題；(2)研究稀土分子固體材料中的磁作用機理，結合配位場理論、量子化學計算和磁性量子理論，研究和揭示磁作用中旋軌耦合的貢獻；研究稀土分子固體材3+2+料

6、中的磁有序，重點研究含Sm和Eu的磁分子材料，進行各向異性的磁性質(zhì)研究，結合中子衍射的研究和理論分析，闡明磁各向異性的貢獻與方式；研究稀土分子固體材料中的磁馳豫，重點研究化學隔離的某些稀土離子磁馳豫的溫度和磁場依賴性，發(fā)現(xiàn)新的基于“原子磁體”、“單分子磁體”和“單鏈磁體”的宏觀量子現(xiàn)象，結合量子化學計算來研究和闡明其物理根源；研究復合功能稀土分子固體材料，重點研究光激發(fā)的電荷轉(zhuǎn)移引起的磁性質(zhì)的變化及機理。在光學材料研究中，將充分利用稀土離子4f電子所特有的躍遷和發(fā)光行為，研究4f電子在分子固體及其雜化體系中的運動規(guī)律、影響因素和傳能機制，研究稀土分子固體及其雜化體系的電致發(fā)光和

7、紅外光放大材料，解決材料的穩(wěn)定性難題，發(fā)展新的相對論含時密度泛函方法和程序，闡明能量傳遞機理，為相關原理性器件的優(yōu)化和制備提供科學依據(jù)。主要工作內(nèi)容如下：(1)基于前期“973”項目研究中在稀土分子固體材料所發(fā)現(xiàn)的高效率、高色純度的電致發(fā)光效應，通過對發(fā)光分子及其與電子和空穴分子間的能量匹配計算和傳遞機理分析，系統(tǒng)篩選和優(yōu)化發(fā)光分子中的配位基團，使之既與稀土離子穩(wěn)定地配位和傳遞能量、又能與電子和空穴傳導層具有良好的界面親合和能量匹配，從而優(yōu)化分子設計和器件結構，克服目前所面臨的材料和器件穩(wěn)定