磁各向异性是磁性材料的重要特征之一，决定了其在外磁场中的响应行为。特别是在分子磁性研究中，强单轴磁各向异性对分子纳米磁体性能具有决定性作用。因此理解材料中磁各向异性的构效关系对分子磁性、磁光性质以及磁电输运等研究具有重要意义。最近，以双茂基镝配合物为代表的稀土金属有机单分子磁体引起了人们的广泛关注。尽管在分子磁体性能上取得了重大进展，但受限于该类分子材料的水氧敏感性以及晶体对称性限制，从实验层面对该体系中稀土离子的磁各向异性和横向配体的作用研究还未见报道。

针对这一挑战性课题，精细化工国家重点实验室刘涛教授课题组通过优化茂环取代基，并引入卤素和甲基桥，构建了一系列同构双核双茂基镝配合物，并成功培养获得可用于角分辨单晶转动实验的高质量晶体。详细地磁性测试表明，卤素桥连镝配合物表现为单轴磁各向异性，磁易轴方向垂直于包含镝原子和卤原子的赤道面，而甲基桥连镝配合物的磁易轴不再垂直于赤道面，且g_x，g_y分量远高于卤素桥连配合物，表明共价相互作用对稀土离子的4f电子影响更为显著。低温高分辨荧光光谱和超低温比热实验则揭示了甲基桥降低了基态与激发态间的能级差。我们还在甲基桥连镝配合物中首次观测到分子磁各向异性轴的温度依赖性，进一步证实了磁交换作用与外磁场的竞争导致的能级交错。本研究首次展示了茂基镝单分子磁体磁各向异性的实验证据，为进一步设计同类型分子纳米磁体奠定了基础。相关的研究成果以“Experimental Determination of Magnetic Anisotropy in Exchange-Bias Dysprosium Metallocene Single-Molecule Magnets”为题发表于《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 13037-13043）。青年教师孟银杉为本论文第一作者。以上工作由大连理工大学、北京大学、武汉强磁场中心、北京师范大学等单位通力合作完成，并得到了国家自然科学基金委重大研究计划和创新群体项目的大力支持。