Low-temperature magnetism of Ln2Ba (Ln = Nd, Er, Ho) furoate-based polymeric chains: slow relaxation, magnetic anisotropy and interactions

Анотація

Описано синтез, будову та магнітотермічні властивості трьох нових лантаноїдних 1D полімерних комплексів {[Ln₂Ba(α-fur)₈(H₂O)₄]}_n для Ln = Nd (1), Er (2) та {[Ho₂Ba(α-fur)₈(H₂O)₄]·2H₂O}_n (3) на основі карбоксильних α-fur = C₄H₃OCOO лігандів. α-фуроатні ліганди об’єднують зигзагоподібні ланцюжки, які утворено димерами Ln₂ та розділено іонами Ba. Ab initio розрахунки, у поєднанні з підгонкою експериментальної статичної намагніченості та теплоємності, передбачають магнітний основний стан, енергетичні рівні та магнітні взаємодії в цих гетероядерних наномагнітах. Показано, що в Nd₂Ba (1) існують два різних координаційних положення для Nd з орторомбічним магнітним основним станом. Іони Nd з’єднуються вздовж ланцюжка через слабку антиферомагнітну (АФ) взаємодію J″/k_B = –0.08 K. Іони Er(III) в Er2Ba (2) перебувають у високоосьовому основному стані, утворюючи магнітні димери з взаємодією J′/k_B = –8.6 K, тоді як міждимерний зв’язок уздовж ланцюжка становить J″/k_B = –0.28 K. Комплекс Ho₂Ba (3) складається з високоанізотропного квазідублету з щілиною Δ_Ho/k_B = 0.7 K. Некрамерівські іони Ho утворюють магнітні димери в кластері Ho₂Ba, пов’язані між собою внутрішньодимерною антиферомагнітною взаємодією J′/k_B = –2.5 K. Три комплекси демонструють повільну релаксацію намагніченості в полі: перший релаксує через орбахівський процес при високих температурах [U_eff/k_B = 60(1) K], еволюціонуючи до квантового тунелювання нижче 3 K [τ_QT = 0.05(1) с]; другий демонструє швидкий орбахівський процес [τ₀ = 8(6)·10^–8 с і U_eff/k_B = 10(2) K]; третій демонструє прямий процес [τ = 0.4(1) с].