来源：ACS Publication

如果明智地选择自旋中心并以适当的方式放置，分子可能会变成微小的磁铁。这种分子被广泛研究并被称为单分子磁体?（SMM），它被认为是高度小型化自旋电子学和量子计算处理器的新一代纳米级信息载体。根据自旋中心的数量，SMM 可分为两组，即单离子磁体和多核自旋簇。前者是后来随着 Ishikawa 发现单个镧系元素离子可以产生强轴向磁各向异性而出现的，这显着抑制了磁矩的弛豫。后者实际上点燃了 SMM 的故事，其标志是发现了混合价锰簇 {Mn12} 。由于后者的多自旋中心性质，这类分子磁体已经发展出许多有趣的分支。具有自旋波激发的配位簇就是其中一种。

由于自旋波激发在该领域不太熟悉，因此我们在下面提供简要介绍。相邻自旋的集体运动可以在一些绝缘体中传播和传输波状信号。这种运动称为自旋波。由于纳米波长，自旋波可以在低 THz 频率范围内提供宏观距离上的无焦耳热自旋信息传输，并可以访问基于波的计算概念。激发自旋波的传统材料在铁磁或反铁磁状态下具有长程磁序。但对于缺乏长程有序的分子磁体，自旋波激发可以被量化（离散），为量子自旋波研究提供玩具模型。目前，L&E 旋转带模型 （RBM） 是一种成功的理论，用于表征具有自旋波激发的分子系统。在这个理论中，最低能级带形成 L 带，下一个更高的 S，统称为 E 波段，可以表示为自旋波。

到目前为止，大多数表现出自旋波激发的分子磁体都是基于形成有限链或圆链的过渡金属离子。相比之下，4f 金属基分子磁体对于自旋波激发仍然未知。最近，我们中的一些人在理论上预测了具有交替?Sc3+和 Gd3+离子的圆形配位簇家族中的这种现象。在实验中，可以使用非弹性中子散射 （INS） 技术来表征自旋波。然而，由于 4f 金属的中子吸收率很高，因此 4f 离子的 INS 实验具有挑战性。4f 金属（如 Gd（～50000 barb）和 Dy（～1000barn））的热中子的吸收截面明显高于 3d 金属（<40 barn）。此外，由于自旋波激励系统中的能量间隙很小，因此很难与需要良好隔离的基自旋态的 SMM 行为共存。

在这里我们举报一个 Dy3+和 Cr3+基分子簇，配制成 Dy4Cr2(μ3-F)2(mdea)3(piv)10 ({Dy4Cr2})， H2mdea = N-甲基二乙醇胺和 Hpiv = 戊酸），它表现出 SMM 行为和量子自旋波激发前所未有的共存。这是由于独特形成的亚铁磁性基自旋态可以同时被中子或声子激发。快速磁弛豫仅在激发态的第九能级以上才有效。低于此水平，磁量子隧穿间隙受到很好的限制 （<3.8 × 10–7厘米–1).因此，磁化反转的能垒 （Ueff） 确定为 12 厘米–1在 0.4 K 处观察到磁式磁滞回线。此外，非弹性中子散射谱清楚地显示了四个与 L&E 波段理论密切相关的激发峰，Δ/2 = 2.08 cm–1和 ε（q） = 2.5 cm–1，确认第一个带有自旋波激励的 SMM。