近日，由武汉理工大学陶海征教授、乔昂研究员和丹麦奥尔堡大学岳远征教授组建的联合团队取得重要突破：在一种名为铁基沸石咪唑酯骨架（Fe-ZIF）的金属有机骨架（MOF）玻璃材料中，首次发现了室温下的弱铁磁性。为了阐明这一新奇现象背后的结构起源和物理机制，团队借助超导量子干涉磁测量系统、同步辐射X射线对分布函数（PDF）分析和穆斯堡尔谱等多种先进表征手段，对Fe-ZIF晶态和玻璃态分别展开了系统研究；结果发现，在Fe-ZIF从晶态到玻璃态的转变过程中，结构无序化诱发了磁性质的突变，使其由原本的反铁磁性转变为弱铁磁性。耦合最近邻Fe-Fe局域结构分析和Fe离子自旋状态表征，系统揭示了Fe-ZIF磁性质转变背后的微观机制，进而为调控其磁性能和设计新型磁性MOF玻璃材料提供了理论依据。相关成果以“Room-Temperature Ferromagnetism in an Iron-Based Zeolitic Imidazolate Framework Glass”为题，发表在国际期刊《Advanced Science》上。论文第一作者是武汉理工大学硅酸盐科学与先进建材全国重点实验室博士生郭超慧和上海交通大学材料科学与工程学院助理研究员葛璇。
论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202516465
点评前沿科学进展的知名科学网站Nanowerk对论文做了详细报道，称这一发现是该网站重点展示的创新成果的一个杰出范例。见链接: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=68008.php
在材料多功能化发展的前沿，MOF因其结构可设计、孔道可调控等优势，已成为构建多功能集成材料平台的理想载体。近年来，MOF玻璃作为MOF材料非晶化的重要形态，不仅延续了其结构多样性与组分可调性，更因玻璃化过程引入的独特无序结构，在光学、电学、吸附等多方面功能上展现出协同增强的优势，为发展新一代多功能材料开辟了新路径。
在此背景下，实现MOF材料的本征磁功能化，成为拓展其多功能应用范围的关键挑战之一。从材料设计角度出发，若能在MOF中引入磁性节点并有效调控其磁交换行为，将有望实现“磁性与多孔性”等多功能耦合，为数据存储、柔性磁器件、能源转换等技术提供新型材料基础。然而，MOF中金属节点通常被有机配体长程分隔，导致自旋间磁耦合作用微弱，难以在室温条件下维持稳定的磁序。因此，如何通过结构调控增强磁交换作用，是实现MOF本征磁功能化的核心科学问题。
针对上述挑战，武汉理工大学、丹麦奥尔堡大学及上海交通大学等组成的联合团队以Fe-ZIF材料为研究对象，创新性地将玻璃化手段引入磁性调控过程，取得以下重要发现：
- 通过熔融淬冷的方法（图1），成功将反铁磁性的Fe-ZIF晶体转变为具有弱铁磁性的Fe-ZIF玻璃。
- Fe-ZIF玻璃在室温展现出明显的磁滞回线，其矫顽力为510 Oe，剩余磁化强度为0.38 emu g-1（图2）。更令人瞩目的是，该材料的磁临界温度高达487 K，远高于室温，体现出优越的热稳定性。
- 多尺度结构解析发现，该磁性转变源于电子结构与网络结构的协同演化。熔融淬冷过程，使Fe-Fe平均间距由晶体形态的6.20 Å缩短至玻璃态的6.00 Å；与此同时，Fe由低自旋态转变为高自旋态，强化了金属间的磁交换作用；结构无序破坏了反平行自旋的对称排列，诱导自旋轻微偏转，从而形成弱铁磁序（图3）。
图1 Fe-ZIF的热重（Mass）（红色）和等压热容（Cp）（黑色）曲线，插图：Fe-ZIF玻璃的玻璃化转变（Tg = 464 K）；B) Fe-ZIF在加热过程中的结构演变示意图（上）以及对应的光学图像（下）
图2 Fe-ZIF晶体与玻璃的磁化强度与磁场强度关系的曲线
图3 A-C) Fe-ZIF晶体和玻璃的57Fe 穆斯堡尔谱；D) X射线对分布函数G(r)；E)结构有序-无序转变和自旋态转变示意图
