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 單分子磁體是一類以單個分子為磁性單元，表現出經典的磁弛豫與磁量子隧穿共存的新型納米級磁性材料，具有非常獨特的物理及化學屬性，在面向未來的新材料、新信息載體等領域有廣闊的應用前景。但由于分子極小的尺寸，這類材料的磁弛豫機理較傳統磁性材料更為復雜：高溫下以磁各向異性能主導的奧巴赫過程為主，但隨著溫度的降低，其他的弛豫過程（拉曼、量子隧穿、直接過程等）出現并成為主要弛豫過程。這些磁弛豫過程往往互相交錯，無法被單獨研究，致使目前對一些磁弛豫過程的認識存在一定的模糊地帶。

據報道，近日，在鄭彥臻教授指導下，西安交通大學前沿院博士后丁友松合成出一例具有C5v對稱性的稀土基單分子磁體[Dy(tBuO)Cl(THF)5][BPh4]·2THF。該單分子磁體能壘較大（950 K）,且在高溫區表現出了線性極好的奧巴赫磁弛豫過程，因此適合研究在更低溫度下的其它磁弛豫過程。通過結合交流磁化率數據及新的直流磁化率測量方法，該化合物在從10-5秒到106秒的弛豫時間范圍得到了較完整的表征，從而該單分子磁體的四種磁弛豫過程所處的溫度和磁場條件得到了較清晰的闡述，即：1、與磁場無關的奧巴赫弛豫過程發生在40 K以上；2、雙聲子的拉曼過程在40-20 K之間起主要作用；3、量子隧穿效應在低溫區（小于16 K）以及磁場較小時（小于200 Oe）較顯著；4、低溫下隨著外場的增加，量子隧穿行為得到有效的抑制（1000 Oe時抑制效果最佳），但隨著外場大于1000 Oe，直接過程發生作用，隧穿速率加大，5000 Oe以上時直接過程為主要弛豫過程。

有趣的是，利用抗磁稀釋該研究同時發現內部場（internal field）對量子隧穿效應的雙重作用，在外加磁場不足以抑制量子隧穿效應時，內部場能夠減緩量子隧穿過程，但是內部場又會導致Kramers離子產生量子隧穿能隙，造成量子隧穿效應。為了驗證超精細裂分對量子隧穿過程的作用，鄭彥臻課題組與英國曼徹斯特大學的Chilton博士等人合作，利用無核自旋的164Dy同位素取代天然豐度的Dy離子，研究了超精細裂分對該化合物單分子磁體性能的影響，發現核自旋所產生的超精細相互作用可以打開自旋為半整數的Kramers離子的隧穿能隙（tunnellinggap）,但不是導致零場下強量子隧穿效應的主要因素，從而指向可能的另一種導致Kramers離子產生較大量子隧穿效應的元兇——即分子自身的振動。基于此推論，該研究工作首次在描述量子隧穿的公式中引入聲子碰撞速率的η-1項，并通過擬合，分析出該化合物的量子隧穿能隙約10-4~10-5cm-1。因此，該工作提出減弱分子振動可有效抑制量子隧穿效應，在指導未來更高性能的單分子磁體的合成上具有重要的啟示意義。

該項工作得到了國家“青年千人”項目、國家自然科學基金重點國際（地區）合作項目（21620102002）、面上項目（21473129，21773130）、金屬材料強度國家重點實驗室、唐仲英基金會的支持。相關論文以“Field- and temperature-dependent quantum tunnelling of the magnetisation in a large barrier single-molecule magnet”為題，發表在國際權威期刊Nature Communications（影響因子12.35）上。前沿院為該論文第一作者及通訊作者單位。

近年來，鄭彥臻課題組圍繞單分子磁體的磁構關系展開了一系列研究，合成了第一例平面四配位構型的Cr(II)單離子磁體(Chem. Commun. 2015, 51,17688)，發現首例具有平面磁各向異性的三配位Co(II)化合物（Chem. Eur. J. 2016, 22, 14821），并論證了三配位Co(II)化合物中對稱性對于量子隧穿過程以及直接過程的平衡作用（Inorg. Chem. Front.,2017,4, 1141）；圍繞Dy(III)離子，揭示了全部中性或者陰離子配位的配位環境不利于提升化合物的磁各向異性（Inorg. Chem. Front., 2016, 3, 798），而短的Dy-O配位鍵則可以顯著提升磁各向異性能（Inorg. Chem. Front., 2016, 3, 1028）；其次，晶體場及對稱性對于中心稀土離子的影響巨大，在具有D4d對稱性下的四方反棱柱配位環境，Dy(III)離子產生的能壘不如Er(III)（Chem. Eur. J. 2017, 23, 15617），而在具有C5v對稱性的七配位構型相較于六配位的C2v對稱性，Dy(III)離子的能壘有很大的提升（Dalton Trans.,2017, 46, 3100）。因此，進一步結合軸向C5對稱性及短的Dy-O鍵，鄭彥臻課題組構建出能壘高達1815 K的單離子磁體[Dy(py)5(OtBu)2][BPh4]，比之前記錄翻了將近一番（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 56, 16305，引用159次，入選ESI高被引和熱點論文）。

該工作是在此基礎上對該領域研究的又一重要貢獻，鄭彥臻為前沿院青年拔尖（A類）教授、“仲英青年學者”、“青年千人計劃”學者，主要研究方向為分子磁體及功能團簇。