单分子磁体作为分子尺度的磁性单元，其每个分子都能独立存储磁化信息，理论上可将存储密度提升至现有技术的百万倍以上，这为破解大数据时代的信息存储瓶颈提供了革命性路径。
然而其实用化进程长期受制于两大核心挑战：一是如何在纳米尺度实现磁体分子的精确排列而不损害其磁各向异性；二是如何建立高效的外场调控机制实现自旋态精准操控。
西安交通大学韩甜副教授与南开大学程鹏教授的最新合作研究，通过创新的分子工程策略，不仅成功攻克了这两个难题，更开创性地构建了光控磁双稳态系统，为单分子磁体从实验室迈向应用提供了关键“通关秘籍”。
研究团队采用“光敏配体桥联+轴向强场配体协同”策略，首次实现了五角双锥构型镝(III)单分子磁体（Dy-SMM）在二维金属有机框架（2D-MOF）中的定向组装。
该设计的精妙之处在于：利用含氮光敏配体（如联吡啶类）作为框架桥联基元，同时在Dy(III)离子轴向引入强场配体（如叔丁醇），通过配体空间位阻与电子效应的协同调控，迫使Dy(III)的易磁化轴形成空间垂直有序阵列。这种精准的分子级排列使材料在2K低温下矫顽场高达4500 Oe，磁翻转能垒突破1000 K，刷新了单分子磁体-MOF体系的性能纪录。
金属有机框架（MOF）在此发挥了不可替代的作用——其高度规整的孔道结构为分子提供了刚性支撑平台，通过配位键的定向连接实现了分子间距与取向的精确控制，从根本上避免了传统组装中的无序堆叠问题。
更具颠覆性的是，该材料在室温下暴露于紫外光时，光敏配体发生电子转移产生稳定自由基，触发显著的光致变色现象。
理论研究表明，光生自由基通过两种途径调控磁弛豫动力学：一方面，自由基与Dy(III)离子形成铁磁耦合，改变磁各向异性场分布；另一方面，自由基诱导的局部电场扰动直接影响自旋翻转势垒。实验证实，光照后材料的磁矫顽场可被动态调制，首次在分子磁体体系中实现了光控“开/关”双稳态切换，其响应速度达毫秒级且循环稳定性优异。
这一机制突破了传统磁场调控的能耗限制，为开发非接触式光磁存储器奠定了物理基础。
该研究的突破性在于同步解决了分子排列与操控两大瓶颈：MOF框架赋予的垂直有序阵列保证了信息存储单元的密度与稳定性，而光控自由基机制则提供了低能耗的读写手段。
相较于此前报道的四配位Dy-SMM（磁翻转能垒720 K）或五角双锥单体（能垒1189 K），本工作首次在有序组装体系中实现能垒破千，证明分子协同效应可显著提升综合性能。
更关键的是，光磁双稳态在室温下的实现，使得分子存储器的操作温度从液氦级（2K）提升至实用化区间，大幅降低了应用成本。
韩甜与程鹏团队的这项成果，标志着单分子磁体研究从分子设计迈向系统集成的新阶段。通过金属有机框架的“分子脚手架”作用和光敏配体的“智能开关”功能，不仅为高密度光磁存储器件提供了材料模板，更开辟了利用配体工程调控分子自旋态的新范式。随着材料合成工艺与器件集成技术的持续优化，分子级信息存储的产业化蓝图正加速转化为现实。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c03704