中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心坐落于安徽省合肥市风景秀丽的科学岛，2008年4月30日经中国科学院批准成立，依托中国科学院合肥物质科学研究院管理（科发人教字〔2008〕133号），其前身是2005年12月20日成立的“合肥强磁场科学技术研究中心”。中心目标：发展... 更多简介 +
稳态强磁场实验装置（Steady High Magnetic Field Facility，简称SHMFF）是国家发改委支持的“十一五”国家重大科技基础设施。SHMFF法人单位是中国科学院合肥物质科学研究院，共建单位是中国科学技术大学。各项任务以中国科学院强磁场科学中心为依托... 更多简介 +
近期，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户中科院合肥研究院固体所伍志鲲研究员团队、曾雉研究员团队与大连理工大学赵纪军教授团队合作，依托SHMFF的电子自选共振谱仪（ESR）在金属纳米团簇的线性组装和磁性研究方面取得重要进展，相关工作以“Assembly-induced spin transfer and distance-dependent spin coupling in atomically precise AgCu nanoclusters”为题发表在Nature Communications上，并被主编选为亮点工作。
金属纳米粒子的组装不仅可以丰富和增强纳米粒子的性能、发展出新型的功能材料，而且可以帮助理解催化、荧光等方面的构效关系和纳米粒子间的相互作用（如电子的耦合等），近年来引起了广泛的关注。然而传统的金属纳米粒子（金属纳晶）通常是多分布的，也无法获得原子精确的组成结构，因而难以实现组装结构的精准调控或构筑，为后续深入研究带来了困难。而金属纳米团簇可看作超小的金属纳米粒子，具有精确的组成结构，为纳米粒子的精准组装提供了可能。
伍志鲲研究员课题组前期开展了多种形式的金属纳米团簇组装研究，如同种金属纳米团簇在无联结剂下的自组装、异种金属纳米团簇间的组装、团簇与其他材料的组装，近期开展了具有联结剂的同种金属纳米团簇的组装等。由于合成和表征的困难，目前国内外此类研究主要集中于小尺寸团簇的组装，1纳米以上的团簇组装鲜有报道。为简化1纳米以上团簇的组装和表征，使用简短的联结剂（如单个原子或离子）进行组装是一个理想的选择。目前金属离子已被用于作为联结剂，但硫离子、氮离子等阴离子仍未被开发为联结剂。其中硫离子具有亲金属性，且硫离子可在合成团簇过程中通过硫醇碳-硫、硫-氢键的断裂形成，联结即时生成的团簇形成组装体，是相对理想的联结剂。
基于上述思路，研究人员成功组装出了硫离子联结两个Ag77Cu22团簇的线性结构（图1），通过测试组装晶体结构的常规ESR和转角ESR，发现该线性结构具有磁各向同性。进一步的研究显示，团簇组装后，磁矩从团簇转移到硫，形成顺磁性的硫游离基（该自由基可被DMPO捕获并通过ESR测试得以证实）。由于硫的自旋轨道耦合常数较小，且硫-硫间距较大而无磁矩相互作用，因此表现出磁各向同性。当线性结构以溶解的方式解组后，研究人员通过在位的ESR测试发现顺磁性逐渐减弱并最终消失，这是由于解组后磁矩又从硫转移回团簇上，并发生磁矩耦合现象，即两个团簇中的两个成单电子配对后，不再有成单电子，因而顺磁性消失。随后研究人员还进一步对磁性Au25团簇进行配体交换和相应的ESR测试，也实现了磁矩耦合。这表明团簇的磁矩耦合与表面配体的柔性、长短等有关。当配体柔性大、长度小时，团簇能靠近，至一定距离后发生磁矩耦合；反之则两个团簇难以靠近，因而不能发生磁矩耦合现象，因此磁矩耦合的发生取决于团簇间的距离。
该工作发现两个非常有趣的现象：（1）组装诱导的磁矩转换，（2）依赖于团簇间距离的磁矩耦合（图2），对后续团簇磁性研究具有重要启示，也为新型功能材料的开发提供了指导。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33651-9
图1. (a) Ag77Cu22团簇与硫形成的线性组装结构；(b) Ag77Cu22和Au250团簇的二维顺磁信号；(c) 线性组装结构的磁矩分布；(d) 连接处Ag和S
的PDOS计算
图2. Ag77Cu22团簇的组装和解组装的磁性变化（红色虚线椭圆内表示Au250团簇由于粒子间距较大而不能发生磁矩耦合）
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