磁响应智能材料可在磁场刺激下实现可控的运动或形变，广泛应用于柔性电子学、软机器人和生物医学等前沿领域。然而，自然界中广泛存在的顺磁性材料由于其内部无序的磁矩，普遍认为只有在超强磁场（~T）下才能实现类似铁磁性指南针的磁致旋转和取向。这无疑大大限制了对磁响应智能材料体系的拓展与利用。

近日，中国科学院化学研究所张闯研究员与白书明研究员开展合作研究，首次在顺磁性晶态材料上观察到弱磁场（~ mT）控制的旋转与取向行为。该工作以镧系金属有机框架（Ln-MOF）体系为研究对象，将镧系金属离子本征的磁各向异性与高度有序的金属有机框架结构相结合，成功将镧系离子的微观磁各向异性传递到宏观的晶体材料，并阐明了如何利用结构有序性调控材料的宏观磁各向异性。

结合实验测量和理论计算，研究团队发现镧系金属离子的配位单元具有较大的微观磁各向异性，这使得弱磁场控制变得可能。不同镧系金属离子的同系列Ln-MOF晶体均属于四方晶系，但在相同外磁场下却展现出平行和垂直于磁场两种不同的取向。在四方晶系下，结构对称性保证了晶体宏观磁各向异性只可能沿着其长轴或短轴两个方向，而配位单元在微观磁各向异性的差异决定了Ln-MOF在磁场下垂直或平行的取向排列。

更有趣的是，Ln-MOF的磁取向行为呈现出化学可调性。比如，通过对晶体进行脱/吸溶剂处理，可在同一种Ln-MOF上实现平行与竖直两种磁取向间的可逆切换。此外，调配金属离子与有机配体的合成比例可以改变Ln-MOF的晶体结构，降低的结构对称性赋予宏观磁各向异性更多自由度并实现了各种角度的磁取向。

该工作成功在晶态材料的微观磁性质与宏观磁性质之间建立了联系，并借助这种联系发掘了顺磁性材料在可化学手段调控的弱场磁响应方面的潜力，为构建新型的磁响应智能材料提供了一种可靠策略。