厦门大学Adv. Mater.：MOF的室温巨磁介电响应

【引言】

磁介电效应(MD)材料是指介电性能可以通过磁场调控的材料，近年来因其在新型功能器件(如谐振电容器及数据存储的电容式读出磁头等)中的潜在应用受到了研究者们的广泛关注。理想的MD材料应同时具有巨磁介电响应、小的调控磁场和室温(或较高)的调控温度，然而能够同时满足上述优点的材料很少，因为外磁场下的巨磁介电响应往往需要自旋与电偶极之间的强烈耦合。因此，室温低场条件下的磁介电效应材料的开发至关重要。金属有机骨架(MOFs)因其结构多样性和可设计性，被广泛用于多铁性材料的研究，但其磁介电响应温度很低(＜200K)。有研究显示La₂NiMnO₆、BiMn₂O₅、LuFe₂O₄中过渡金属的电子跃迁能够显著增强其室温附近的磁介电响应。因此，有望在含过渡金属离子的MOFs中获得室温巨磁介电响应。

【成果简介】

近日，厦门大学化学化工学院龙腊生教授和赵海霞博士(共同通讯作者)等人在Adv. Mater.发表了题为“Giant Room-Temperature Magnetodielectric Response in a MOF at 0.1 Tesla”的研究论文，首次报道了MOF室温下的磁介电响应。研究团队通过设计合成了一种镍离子掺杂的混合价态MOF，[NH₂(CH₃)₂]_n[Fe^IIIFe^II_(1-x)Ni^II_x(HCOO)₆]_n(x≈0.63-0.69)(记为MOF1)，并对其晶体结构、微观相貌、磁化率、介电性能等进行了表征，获得了0.1 T磁场下及300-410 K温度范围内磁介电耦合系数可达到-20% ～-24%磁介电效应材料。这是迄今为止首例室温低场磁介电MOF材料。机理分析表明Ni^II离子间的电子跃迁对巨磁介电响应具有重要贡献。MOFs具有结构多样性和可控性，而且容易制成薄膜，因此有望开创一类新型的磁介电效应材料的研究并实现其实际应用。

【图文导读】

图1 MOF1的结构及磁化率与温度的关系

(a) MOF1沿a轴方向的3D结构。Fe^III/Ni^III，黄色；Fe^II/Ni^II，绿色；O，红色；N，蓝色；C，灰色；

(b)1kOe时，χ_mT的热波动曲线。插图是MOF1在零场冷(ZFC)和1kOe场冷(FC)下的磁化曲线。

图2 MOF1的介电常数和介电损耗随温度的变化

(a-b)在不同频率下，MOF1沿(a)c轴和(b)ab面的介电常数和介电损耗随温度的变化。

图3 MOF1的电导率

(a)E∥c时，MOF1的电导率与温度的关系；

(b)E⊥c时，MOF1的电导率与温度的关系。

图4 MOF1在外磁场下介电常数的变化

(a)100Hz下，零场和外磁场为0.1T(E//c、H//c)时测得的介电常数随温度的变化；

(b)100Hz下，外磁场为0.1T时，-Δε’/’ε₍₀₎随温度的变化。

【小结】

本文通过水热合成制备了一种镍离子掺杂的MOF，在小的外加磁场下观察到了其室温巨磁介电响应，实现了室温低场磁介电MOF材料的首次成功设计与合成。基于MOFs的磁介电材料的合成，不仅提供了一类新型的磁介电效应材料，还为MOFs在新型器件中的实际应用夯实了基础。

文献链接：Giant Room-Temperature Magnetodielectric Response in a MOF at 0.1 Tesla (Adv. Mater., 2017，DOI: 10.1012/adma.201702512)

本文由材料人编辑部纳米学术组Roay供稿，材料牛编辑整理。

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