《自然·通讯》用PEGDA水凝胶研究质子开关分子磁电

【摘要】

质子传导和多铁性的融合为实现强磁电耦合和磁离子提供了一个引人注目的机会，为实现分子磁电提供了一个多功能平台。最近，纽约州立大学Shenqiang Ren教授团队描述了机器学习与增材制造相结合，以加速氢键多铁性大分子的设计策略，伴随着磁性的强质子依赖性。

质子转换磁电发生在三维分子异质固体中。它由一个分子磁体网络作为质子储存器组成，以调节铁电极化，而分子铁电体则为质子转移充电以可逆地操纵磁性。磁电耦合在铁电相变时诱导可逆的 29% 磁化控制，具有 160 K（192 K 至 352 K）的宽热滞宽度，而室温可逆磁调制在 1 kV 的低电场刺激下实现厘米-1。静电质子转移的发现为分级分子多铁性中质子介导的磁化控制提供了途径。相关论文以题为Proton switching molecular magnetoelectricity发表在《Nature Communications》上。

【主图导读】

图 1：质子介导的多铁性分子异质固体。

图 2：PEGDA水凝胶用于制备分子异质固体的机器学习设计结果和固溶方法。

图 3：多铁性分子异质固体的 3D 打印和结晶。

图 4：质子介导的 ME 耦合。

【总结】

该研究揭示了室温分子异质多铁性固体中的质子转换 ME 耦合，该固体由化学上不同的高 Tc 分子铁电和磁性部分组成。分子 VH 磁体显示出独特的晶格结构，如空位网络，使其对外部刺激和物种非常敏感。可以动态结合到 VH 中的质子和离子能够实现其磁性切换。对于分子铁电 IM，其在水中的溶解性和生长的铁电性使其可以与溶液中的分子磁体组装，这对于质子介导的多铁性的发展至关重要。多铁性异质固体是通过增材制造实现的基于溶液的限制网络获得的。通过质子介导的 ME 耦合的演示，团队进一步证明了分子异质固体中电场控制的磁性。这些发现可以为智能分子异质材料和刺激依赖性分子固体的设计开辟道路，如分子磁离子、质子可调导电磁铁和电压可切换分子自旋电子学等。

参考文献：

doi.org/10.1038/s41467-021-24941-9

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