图 Ag77Cu22团簇的组装和解组装的磁性变化
在国家自然科学基金项目（批准号：21925303、21771186、91961204、22171268）等资助下，中国科学院固体物理研究所伍志鲲、曾雉研究员与大连理工大学赵纪军教授合作，通过金属纳米团簇与硫的直链状组装，发现团簇的磁矩转移和耦合新现象。相关研究成果以“原子精确银-铜纳米团簇组装诱导的磁矩转移和距离依赖的磁矩耦合（Assembly-induced spin transfer and distance-dependent spin coupling in atomically precise AgCu nanoclusters）”为题，于2022年10月发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33651-9。
精准组装金属纳米粒子不仅可增强纳米粒子的本征性能及其构效关系，还能理解组装关联的粒子间相互作用，更是结构化学的前沿热点。传统的金属纳米粒子呈现多分布性且极难获得原子精确的组成结构，因而难以实现其组装结构的精准构筑与调控。金属纳米团簇可看作超小的金属纳米粒子，可获得精确的原子组成结构，为纳米粒子的精准组装提供了契机。然而，由于合成和表征的困难，大于1 nm的团簇精准组装鲜有报道。设计组装新策略是实现较大尺寸金属纳米团簇精准组装的关键。
上述合作团队通过新组装策略制备了一种由硫离子联接两个Ag77Cu22团簇而形成的线性结构。在线性组装的金属纳米团簇结构中，因磁矩从团簇转移到硫形成顺磁性的硫游离基，且硫-硫间距较大，整体表现出磁各向同性。当在溶液中解组后，由于磁矩从硫又转移回团簇并发生磁矩耦合作用，即两个金属团簇中的两个成单电子进行配对，因而顺磁性消失。同时，研究表明只有当团簇的距离小到一定程度时，才能发生耦合，进一步表明磁矩耦合的发生取决于团簇间的距离。
该研究工作通过合理设计组装策略，成功实现了尺寸大于1 nm的团簇粒子线性组装，发现并阐明了组装体的磁矩转移和距离关联的磁矩耦合的本质，对后续团簇结构化学和性能研究具有重要的启发，也为新型功能结构材料的开发提供了借鉴。