Magnetismo generato in materiale organico 2D
I ricercatori hanno scoperto che un nanomateriale 2D costituito da molecole organiche legate ad atomi di metallo in una specifica geometria su scala atomica è in grado di mostrare proprietà elettroniche e magnetiche grazie alle forti interazioni tra i suoi elettroni.
Lo studio della Monash University ha scoperto l'emergere del magnetismo in un materiale organico 2D come conseguenza della struttura a scala atomica simile a una stella del materiale.
In quella che è la prima osservazione di momenti magnetici locali che emergono dalle interazioni tra elettroni in un materiale organico 2D atomicamente sottile, questi risultati aumentano il potenziale per applicazioni nell'elettronica di prossima generazione basata su nanomateriali organici, dove la sintonizzazione delle interazioni tra gli elettroni può portare a un vasta gamma di fasi e proprietà elettroniche e magnetiche.
Il team di ricerca ha studiato un nanomateriale metallo-organico 2D composto da molecole organiche disposte in a kagome geometria cioè un modello 'a stella'. Il nanomateriale è costituito da molecole di dicianoantracene (DCA) coordinate con atomi di rame su una superficie metallica che interagisce debolmente (argento).
Utilizzando precise misurazioni di microscopia a scansione di sonda (SPM), i ricercatori hanno scoperto che la struttura metallo-organica 2D - i cui elementi costitutivi molecolari e atomici sono di per sé non magnetici - ospita momenti magnetici confinati in posizioni specifiche. Il team ha affermato che i calcoli teorici hanno mostrato che questo magnetismo emergente è dovuto alla forte repulsione coulombiana elettrone-elettrone data dallo specifico 2D kagome geometria.
"Pensiamo che questo possa essere importante per lo sviluppo delle future tecnologie elettroniche e spintronice basate su materiali organici, dove la sintonizzazione delle interazioni tra gli elettroni può portare al controllo su un'ampia gamma di proprietà elettroniche e magnetiche", ha affermato FLEET CI A/Prof Agustin Schiffrin.
Gli elettroni dei materiali 2D con a kagome la struttura cristallina può essere soggetta a forti interazioni coulombiane dovute all'interferenza distruttiva della funzione d'onda e alla localizzazione quantistica, portando a un'ampia gamma di fasi elettroniche topologiche e fortemente correlate.
Queste forti correlazioni elettroniche possono manifestarsi attraverso l'emergere del magnetismo e, fino ad ora, non sono state osservate in materiali organici 2D atomicamente sottili. Quest'ultimo può essere vantaggioso per le tecnologie a stato solido grazie alla loro sintonizzabilità e capacità di autoassemblaggio.
In questo studio, il magnetismo risultante da forti interazioni coulombiane elettrone-elettrone in un 2D kagome materiale organico è stato rivelato attraverso l'osservazione dell'effetto Kondo.
“L'effetto Kondo è un fenomeno a molti corpi che si verifica quando i momenti magnetici vengono schermati da un mare di elettroni di conduzione. Ad esempio, da un metallo sottostante", afferma l'autore principale e membro della FLEET Dr Dhaneesh Kumar. “E questo effetto può essere rilevato dalle tecniche SPM”.
“Abbiamo osservato l'effetto Kondo e da lì abbiamo concluso che il materiale organico 2D deve ospitare momenti magnetici. La domanda poi è diventata 'da dove viene questo magnetismo?'”
La modellizzazione teorica ha mostrato che questo magnetismo è la diretta conseguenza di forti interazioni coulombiane tra gli elettroni e che si verificano solo quando parti normalmente non magnetiche vengono portate in un 2D kagome struttura metallo-organica. Queste interazioni ostacolano l'accoppiamento degli elettroni, con spin di elettroni spaiati che danno origine a momenti magnetici locali.
“La modellizzazione teorica in questo studio offre una visione unica della ricchezza dell'interazione tra le correlazioni quantistiche e le fasi topologiche e magnetiche. Lo studio ci fornisce alcuni spunti su come queste fasi non banali possono essere controllate in 2D kagome materiali per potenziali applicazioni in tecnologie elettroniche innovative", ha affermato FLEET CI A/Prof Nikhil Medhekar.
- “Manifestation of Strongly Correlated Electrons in a 2D Kagome Metal-Organic Framework” è stato pubblicato in Materiali funzionali avanzati dal settembre 2021.