作为一种能把信息存储单元缩小到分子水平的磁性材料,单分子磁体潜在的应用价值吸引着世界各国众多的实验和理论工作者投身这一领域。近几年来,在实验和理论工作者们共同努力下,单分子磁体的研究取得突破性进展,其阻塞温度TB达到了 80K,但还远低于室温,距离实际应用还有一定的距离。因此提高其阻塞温度是目前迫切需要解决的问题。从2003年开始,单分子磁体出现了一个新的研究领域:单离子磁体。单离子磁体是指包含单个磁性离子的分子磁体。由于稀土离子具有较强的自旋轨道耦合,稀土单离子磁体已成为目前研究的热点。由于实验的不可控性及测量方法和手段的限制,理论磁设计及磁弛豫机理研究将非常有必要。本论文通过对一系列单离子磁体磁学性质的理论研究,探究其能垒与分子结构的内在联系,给出了提高能垒有效方法和手段,为实验工作者提供理论指导。首先,研究了具有五角双锥对称性(D5h)单离子磁体([Dy(OtBu)2(py)5][BPh4]和[Dy(Cy3P0)2(H20)5]Br3)的磁构效关系。发现对mJ=J基态4f电子密度沿赤道平面呈椭球形Dy单离子磁体,通过减少赤道平面上的配体使得横向配位场减弱,可以很大程度提高晶体场的轴对称性,使其能垒获得显著提高;增强轴向上的配位场或在轴向上使用带负电配体,都可以提高其能垒。其次,研究了具有C3v对称性Er单离子磁体(Er[N(SiMe3)2]3和Er(DBP)3)的磁构效关系。发现对mJ=J基态4f电子密度沿轴向上呈椭球形Er单离子磁体,Er离子周围配体越趋向于赤道平面分布,其能垒在缓慢增加;赤道平面上配体与Er离子距离越短,横向配位场越强,但其能垒却在减小。这是由于随着配体与Er离子距离缩短,基态与激发态的能级差不但没有增大,反而在减小。其次赤道平面横向晶体场的增强导致了gx,gy变大,使得隧穿几率增大,导致能垒减小。从1993年至今,分子基磁性材料的阻塞温度从最初的2 K提高到了去年的80K,取得了巨大的进步。希望通过本论文的研究,解决分子磁性理论中的一些关键问题,为合成具有更高阻塞温度单离子磁体贡献一份力量。