Magnétisme généré dans un matériau organique 2D
Les chercheurs ont découvert qu'un nanomatériau 2D constitué de molécules organiques liées à des atomes métalliques dans une géométrie spécifique à l'échelle atomique est capable de montrer des propriétés électroniques et magnétiques en raison de fortes interactions entre ses électrons.
L'étude de l'Université Monash a révélé l'émergence du magnétisme dans un matériau organique 2D en raison de la structure unique à l'échelle atomique en forme d'étoile du matériau.
Dans ce qui est la première observation des moments magnétiques locaux émergeant des interactions entre les électrons dans un matériau organique 2D atomiquement mince, ces découvertes soulèvent le potentiel d'applications dans l'électronique de nouvelle génération basée sur les nanomatériaux organiques, où le réglage des interactions entre les électrons peut conduire à un vaste gamme de phases et de propriétés électroniques et magnétiques.
L'équipe de recherche a étudié un nanomatériau métal-organique 2D composé de molécules organiques disposées dans un Kagome géométrie, c'est-à-dire un motif en forme d'étoile. Le nanomatériau est constitué de molécules de dicyanoanthracène (DCA) coordonnées avec des atomes de cuivre sur une surface métallique à faible interaction (argent).
À l'aide de mesures précises de microscopie à sonde à balayage (SPM), les chercheurs ont découvert que la structure organo-métallique 2D – dont les éléments constitutifs moléculaires et atomiques sont en eux-mêmes non magnétiques – héberge des moments magnétiques confinés à des emplacements spécifiques. L'équipe a déclaré que les calculs théoriques ont montré que ce magnétisme émergent est dû à une forte répulsion coulombienne électron-électron donnée par la 2D spécifique Kagome géométrie.
"Nous pensons que cela peut être important pour le développement de futures technologies électroniques et spintroniques basées sur des matériaux organiques, où le réglage des interactions entre les électrons peut conduire à contrôler un large éventail de propriétés électroniques et magnétiques", a déclaré FLEET CI A/Prof Agustin Schiffrin.
Les électrons des matériaux 2D avec un Kagome La structure cristalline peut être soumise à de fortes interactions de Coulomb en raison d'interférences destructrices de fonction d'onde et de localisation quantique, conduisant à une large gamme de phases électroniques topologiques et fortement corrélées.
Ces fortes corrélations électroniques peuvent se manifester via l'émergence du magnétisme et, jusqu'à présent, n'ont pas été observées dans des matériaux organiques 2D atomiquement minces. Ces derniers peuvent être avantageux pour les technologies à semi-conducteurs en raison de leur capacité d'accord et d'auto-assemblage.
Dans cette étude, le magnétisme résultant de fortes interactions électron-électron de Coulomb dans un Kagome matière organique a été révélée via l'observation de l'effet Kondo.
« L'effet Kondo est un phénomène à plusieurs corps qui se produit lorsque des moments magnétiques sont masqués par une mer d'électrons de conduction. Par exemple, à partir d'un métal sous-jacent », explique le Dr Dhaneesh Kumar, auteur principal et membre de FLEET. « Et cet effet peut être détecté par les techniques SPM ».
« Nous avons observé l'effet Kondo, et à partir de là, nous avons conclu que le matériau organique 2D doit héberger des moments magnétiques. La question est alors devenue « d'où vient ce magnétisme ? »
La modélisation théorique a montré que ce magnétisme est la conséquence directe de fortes interactions coulombiennes entre électrons et qu'elles ne se produisent que lorsque des parties normalement non magnétiques sont amenées dans un 2D Kagome charpente métallo-organique. Ces interactions entravent l'appariement des électrons, les spins des électrons non appariés donnant lieu à des moments magnétiques locaux.
« La modélisation théorique de cette étude offre un aperçu unique de la richesse de l'interaction entre les corrélations quantiques et les phases topologiques et magnétiques. L'étude nous donne quelques pistes sur la façon dont ces phases non triviales peuvent être contrôlées en 2D Kagome matériaux pour des applications potentielles dans les technologies électroniques révolutionnaires », a déclaré le professeur FLEET CI A/Prof Nikhil Medhekar.
- "Manifestation of Strongly Correlated Electrons in a 2D Kagome Metal-Organic Framework" a été publié dans Matériaux fonctionnels avancés en septembre 2021.