单分子磁体(SMMs)作为一门新兴的科学领域,是物理学、化学、材料学、生命科学和医学等领域的交叉学科。近些年,单分子磁体已成为研究的热点。自从第一例单分子磁体问世,科学家们就发现了其令人惊叹的应用前景。目前的存储技术是钴-铂合金,几百个粒子存储一比特,尺寸是6～7nm。而对于单分子磁体而言,它们表现出磁滞和慢磁弛豫的行为,在两个方向相反的磁矩之间存在一个能垒,可以提供比较稳定的双态。科学家们预期单分子磁体的存储密度可以达到220TBit/in2!然而,基于单分子磁体的技术要面临的问题也是比较棘手的,主要包含两个方面:(1)单分子磁体的特性只能在液氮冷却时可以获得;(2)单分子磁体镀层和单个分子的寻址鲜有前例。因此,设计一个有效的单分子磁体迫在眉睫。判断一个单分子磁体是否是有效的主要衡量标准是其阻塞温度,而对阻塞温度大小具有重要影响的是其有效能垒(Ueff,又被称为各向异性能垒)。针对这一问题,本文研究了一系列SMMs的有效能垒与其结构的内在关系。首先,探究的是基于五甲基环戊二烯基配位环境对Dy金属SMMs磁性影响,发现对于磁中心离子为扁平型电子云的SMMs,赤道平面配位键键长对SMMs性能有阻碍的作用。至于轴向上晶体场的影响,像五甲基环戊二烯基这种夹心型晶体场愈趋向于轴向分布,其磁化翻转能垒愈高;并且,当上下两个五甲基环戊二烯基在轴向上分布时,配位原子愈向轴上趋近,其磁化翻转能垒愈高。再次,探究了五角双锥对称性晶体场对镧系金属磁体磁各向异性的影响,发现五角双锥对称性晶体场使得Dy3+金属离子SMMs获得高性质的磁性。但是,对于磁中心离子为扁平型电子云的SMMs,如果其化合物Kramers doublets基态主磁轴位于赤道平面内时,它们会表现出较弱的磁性行为,此时,沿轴向的弱配位场对于设计高性能SMMs是有利的。当基态主磁轴是沿着轴向分布时,沿轴向的强配位场是有利于其成为高品质的单分子磁体。