低维自旋体系 $K(C_8H_{16}O_4)_2CuCl_3{*}H_2O$ 中结构与磁性的相互作用

基于冠醚配合物与磁性离子（尤其是 Cu(II)）的材料可用于合成新型低维量子自旋体系。我们制备了新型冠醚配合物二-μ-氯-双(12-冠-4)-水合二氯-铜(II)-钾，$K(C_8H_{16}O_4)_2CuCl_3{*}H_2O$（1），测定了其结构并分析了其磁性。配合物（1）具有单斜结构，在空间群 $P2_1/n$ 中结晶，晶格参数为 $a=9.5976(5)\r{A}$、$b=11.9814\r{A}$、$c=21.8713\r{A}$ 及 $\beta=100.945(4)\deg$。该化合物的磁性在 1.8 K–300 K 温度范围内进行了研究。磁化率在 23 K 处呈现极大值，但直至 1.8 K 均未出现三维长程磁有序。S=1/2 的 Cu(II) 离子形成反铁磁耦合二聚体，Cu–Cl 距离为 $2.2554(8)\r{A}$ 和 $4.683(6)\r{A}$，Cu–Cl–Cu 角为 $115.12(2)\deg$，且 $2J_{dimer}=-2.96\,meV\ (-23.78\ cm^{-1})$。分析了 $H_2O$ 对 Cl–Cu–Cl 交换路径的影响。我们的结果表明，在桥接相互作用中考虑 $H_2O$ 分子时，单重态–三重态分裂值增大。这一点得到采用 Perdew 和 Wang (PWC)、Perdew、Burke 和 Ernzenrhof (PBE) 以及强约束适当归一化（SCAN）交换关联函数对耦合常数进行的密度泛函理论（DFT）计算的支持，其对所研究化合物显示出极好的一致性。