随着大数据和云服务器等信息领域的快速发展，对超高密度信息存储和量子计算的需求更加迫切。由于传统磁体的尺寸影响了存储容量，因此人们试图去减小磁体的尺寸以及开发新型的信息载体。纳米尺度的单分子磁体（SMMs）在特定的低温下，它可以像微小磁铁一样，具有慢弛豫和磁双稳态，在数据存储等方面有重要的应用价值。当前研究中，除了改善单分子磁体的磁弛豫，基于光学的量子计算技术也对单分子磁体的发展提供了新的启示。鉴于光学技术具有高灵敏性和远程操控的特点，将光学特性集成到单分子磁体中，将可以更快地写入或读取单分子磁体记录的信息。但由于材料选择和制备等方面的限制，构筑优异的发光单分子磁体仍面临挑战。
金属富勒烯是一类在碳笼里内嵌金属或者金属团簇的分子。这种嵌套结构赋予其独特的光学、电学、磁学和生物学性质，在多个学科和研究领域有重要应用。特别是在单分子磁体领域，以金属镝和铽为代表的金属富勒烯表现出了优异的磁学性质。
中国科学院化学研究所的王春儒研究员和王太山研究员团队近年来基于金属富勒烯设计了一系列发光的单分子磁体。例如他们将金属镝和铒原子同时内嵌到一个富勒烯笼内，获得了既有单分子磁体性质又有近红外荧光性质的金属富勒烯DyErScN@C80（Nano Res., 2019, 12, 1727）和DyEr@C82（Nanoscale, 2019, 11, 18612-18618）。
最近，该团队基于金属富勒烯构筑了具有热致延迟荧光（TADF）的单分子磁体。他们将金属镝和钇离子集成到一个富勒烯笼内，设计合成了DyY2N@C80。磁性结果表明，由于Dy3+的较强磁各向异性，DyY2N@C80在8 K以下表现出单分子磁体性质。同时，由于Y3+与碳笼的配位结构，DyY2N@C80表现出热致延迟荧光。进一步地，将DyY2N@C80嵌套进纳米环[12]CPP的空腔中，构建DyY2N@C80⊂[12]CPP超分子，实现了具有多波长发光的单分子磁体，并利用主客体相互作用调控了光磁性质。
该成果近期发表在ACS Nano 上，文章的第一作者是聂明哲博士和硕士生梁家艺，通讯作者是王太山研究员。
Single-Molecule Magnet with Thermally Activated Delayed Fluorescence Based on a Metallofullerene Integrated by Dysprosium and Yttrium Ions
Mingzhe Nie, Jiayi Liang, Chong Zhao, Yuxi Lu, Jie Zhang, Wang Li, Chunru Wang, and Taishan Wang*
ACS Nano, 2021, DOI: 10.1021/acsnano.1c05105
王太山，博士，中国科学院化学研究所研究员。中国科学院青年创新促进会优秀会员，首届香江学者计划入选者，2020年获国家基金委优青青年科学基金资助。从事金属富勒烯的结构与物理化学性质研究，探索了金属富勒烯的新结构与新性质，研究了金属富勒烯的电子自旋和分子顺磁性调控，设计了金属富勒烯光磁耦合体系，构筑了金属富勒烯的分子探针、分子陀螺等功能体系。以第一作者或通讯作者在Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem.-Int. Ed., Nat. Commun.等期刊发表论文40余篇，共同编写《金属富勒烯—从基础到应用》中文专著1部。
https://www.x-mol.com/groups/wang_taishan
聂明哲，博士，中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员。2020年在中国科学院化学研究所获博士学位，2020年7月加入中国科学院深圳先进技术研究院，目前主要从事刺激响应性材料及穿戴植入器件的研究。近年来以第一作者（含共同）在ACS Nano, Nano Res., Nanoscale, Chem. Commun.等期刊上发表多篇论文。
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