Magnetismus erzeugt in organischem 2D-Material
Forscher haben herausgefunden, dass ein 2D-Nanomaterial, das aus organischen Molekülen besteht, die mit Metallatomen in einer bestimmten Geometrie im atomaren Maßstab verbunden sind, aufgrund starker Wechselwirkungen zwischen seinen Elektronen in der Lage ist, elektronische und magnetische Eigenschaften zu zeigen.
Die Studie der Monash University fand die Entstehung von Magnetismus in einem organischen 2D-Material als Folge der einzigartigen, sternähnlichen Struktur des Materials auf atomarer Ebene.
In der ersten Beobachtung lokaler magnetischer Momente, die aus Wechselwirkungen zwischen Elektronen in einem atomar dünnen 2D-organischen Material hervorgehen, heben diese Ergebnisse das Potenzial für Anwendungen in der Elektronik der nächsten Generation auf der Grundlage organischer Nanomaterialien, bei der die Abstimmung der Wechselwirkungen zwischen Elektronen zu a breites Spektrum an elektronischen und magnetischen Phasen und Eigenschaften.
Das Forschungsteam untersuchte ein 2D-metallorganisches Nanomaterial, das aus organischen Molekülen besteht, die in a . angeordnet sind kagome Geometrie, dh ein 'sternförmiges' Muster. Das Nanomaterial besteht aus Dicyanoanthracen (DCA)-Molekülen, die mit Kupferatomen auf einer schwach wechselwirkenden Metalloberfläche (Silber) koordiniert sind.
Mithilfe präziser Rastersondenmikroskopie (SPM)-Messungen fanden die Forscher heraus, dass die metallorganische 2D-Struktur – deren molekulare und atomare Bausteine selbst nicht magnetisch sind – magnetische Momente enthält, die an bestimmten Orten begrenzt sind. Das Team sagte, dass theoretische Berechnungen zeigten, dass dieser entstehende Magnetismus auf eine starke Elektron-Elektron-Coulomb-Abstoßung zurückzuführen ist, die durch das spezifische 2D . gegeben ist kagome Geometrie.
„Wir glauben, dass dies für die Entwicklung zukünftiger Elektronik- und Spintronik-Technologien auf der Grundlage organischer Materialien wichtig sein kann, bei denen die Abstimmung der Wechselwirkungen zwischen Elektronen zur Kontrolle eines breiten Spektrums elektronischer und magnetischer Eigenschaften führen kann“, sagte FLEET CI A/Prof Agustin Schiffrin.
Die Elektronen von 2D-Materialien mit a kagome Kristallstruktur kann aufgrund destruktiver Wellenfunktionsinterferenz und Quantenlokalisation starken Coulomb-Wechselwirkungen unterliegen, was zu einem breiten Spektrum topologischer und stark korrelierter elektronischer Phasen führt.
Diese starken elektronischen Korrelationen können sich durch die Entstehung von Magnetismus manifestieren und wurden bisher in atomar dünnen organischen 2D-Materialien nicht beobachtet. Letztere können aufgrund ihrer Abstimmbarkeit und Selbstorganisationsfähigkeit für Festkörpertechnologien von Vorteil sein.
In dieser Studie wurde Magnetismus als Folge starker Elektron-Elektron-Coulomb-Wechselwirkungen in einem 2D kagome organisches Material wurde durch die Beobachtung des Kondo-Effekts entdeckt.
„Der Kondo-Effekt ist ein Vielteilchenphänomen, das auftritt, wenn magnetische Momente von einem Meer von Leitungselektronen abgeschirmt werden. Zum Beispiel von einem darunterliegenden Metall“, sagt Hauptautor und FLEET-Mitglied Dr. Dhaneesh Kumar. „Und dieser Effekt kann durch SPM-Techniken nachgewiesen werden.“
„Wir haben den Kondo-Effekt beobachtet und daraus geschlossen, dass das organische 2D-Material magnetische Momente enthalten muss. Die Frage lautete dann 'Woher kommt dieser Magnetismus?'“
Theoretische Modellierungen haben gezeigt, dass dieser Magnetismus die direkte Folge starker Coulomb-Wechselwirkungen zwischen Elektronen ist und dass sie nur auftreten, wenn normalerweise nichtmagnetische Teile in eine 2D . gebracht werden kagome metallorganisches Gerüst. Diese Wechselwirkungen behindern die Elektronenpaarung, wobei Spins ungepaarter Elektronen lokale magnetische Momente verursachen.
„Die theoretische Modellierung in dieser Studie bietet einen einzigartigen Einblick in die Vielfalt des Zusammenspiels zwischen Quantenkorrelationen und den topologischen und magnetischen Phasen. Die Studie gibt uns einige Hinweise, wie diese nicht-trivialen Phasen in 2D kontrolliert werden können kagome Materialien für potenzielle Anwendungen in bahnbrechenden Elektroniktechnologien“, sagte FLEET CI A/Prof Nikhil Medhekar.
- „Manifestation of Strongly Correlated Electrons in a 2D Kagome Metal-Organic Framework“ wurde veröffentlicht in Fortgeschrittene Funktionsmaterialien im September 2021.