Từ tính được tạo ra trong vật liệu hữu cơ 2D

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng một vật liệu nano 2D bao gồm các phân tử hữu cơ liên kết với các nguyên tử kim loại trong một dạng hình học quy mô nguyên tử cụ thể có thể thể hiện các tính chất điện tử và từ tính do tương tác mạnh mẽ giữa các điện tử của nó.

Nghiên cứu của Đại học Monash đã phát hiện ra sự xuất hiện của từ tính trong vật liệu hữu cơ 2D là hệ quả của cấu trúc quy mô nguyên tử giống như ngôi sao độc đáo của vật liệu.

Trong quan sát đầu tiên về mômen từ cục bộ xuất hiện từ sự tương tác giữa các electron trong vật liệu hữu cơ 2D mỏng cấp nguyên tử, những phát hiện này nâng cao tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị điện tử thế hệ tiếp theo dựa trên vật liệu nano hữu cơ, trong đó việc điều chỉnh tương tác giữa các electron có thể dẫn đến một phạm vi rộng lớn của các pha và tính chất điện tử và từ tính.

Nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu một vật liệu nano hữu cơ kim loại 2D bao gồm các phân tử hữu cơ được sắp xếp theo kagome hình học tức là một mô hình 'giống như ngôi sao'. Vật liệu nano bao gồm các phân tử dicyanoanthracene (DCA) phối hợp với các nguyên tử đồng trên bề mặt kim loại tương tác yếu (bạc).

Sử dụng các phép đo bằng kính hiển vi thăm dò quét chính xác (SPM), các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng cấu trúc hữu cơ kim loại 2D - mà các khối cấu tạo phân tử và nguyên tử tự bản thân nó là phi từ tính - chứa các mômen từ giới hạn tại các vị trí cụ thể. Nhóm nghiên cứu nói rằng các tính toán lý thuyết cho thấy từ tính nổi lên này là do lực đẩy Coulomb electron-electron mạnh được tạo ra bởi 2D cụ thể kagome hình học.

“Chúng tôi nghĩ rằng điều này có thể quan trọng đối với sự phát triển của công nghệ điện tử và spintronics trong tương lai dựa trên vật liệu hữu cơ, nơi việc điều chỉnh tương tác giữa các electron có thể dẫn đến kiểm soát một loạt các tính chất điện tử và từ tính”, FLEET CI A / Giáo sư Agustin cho biết Schiffrin.

Các điện tử của vật liệu 2D với kagome cấu trúc tinh thể có thể chịu các tương tác Coulomb mạnh do giao thoa hàm sóng phá hủy và bản địa hóa lượng tử, dẫn đến một loạt các pha điện tử tôpô và tương quan chặt chẽ.

Những tương quan điện tử mạnh mẽ này có thể tự biểu hiện thông qua sự xuất hiện của từ tính, và cho đến nay vẫn chưa được quan sát thấy trong các vật liệu hữu cơ 2D mỏng về mặt nguyên tử. Loại thứ hai có thể có lợi cho các công nghệ trạng thái rắn do khả năng kiểm soát và khả năng tự lắp ráp của chúng.

Trong nghiên cứu này, từ tính sinh ra từ các tương tác Coulomb electron-electron mạnh trong một 2D kagome vật chất hữu cơ được tiết lộ thông qua quan sát hiệu ứng Kondo.

“Hiệu ứng Kondo là một hiện tượng nhiều vật thể xảy ra khi các mômen từ bị che chắn bởi một biển các điện tử dẫn. Ví dụ, từ một kim loại bên dưới, ”tác giả chính và thành viên FLEET, Tiến sĩ Dhaneesh Kumar, cho biết. “Và hiệu ứng này có thể được phát hiện bằng các kỹ thuật SPM”.

“Chúng tôi đã quan sát hiệu ứng Kondo, và từ đó kết luận rằng vật liệu hữu cơ 2D phải chứa mômen từ. Câu hỏi sau đó trở thành 'từ tính này đến từ đâu?' "

Mô hình lý thuyết cho thấy từ tính này là hệ quả trực tiếp của tương tác Coulomb mạnh giữa các electron và chúng chỉ xảy ra khi các bộ phận bình thường không có từ tính được đưa vào một thiết bị 2D. kagome khung kim loại-hữu cơ. Những tương tác này cản trở sự ghép đôi của điện tử, với spin của các điện tử chưa ghép đôi làm phát sinh mômen từ cục bộ.

“Mô hình lý thuyết trong nghiên cứu này cung cấp một cái nhìn sâu sắc độc đáo về sự phong phú của tác động qua lại giữa các tương quan lượng tử, và các pha từ và tôpô. Nghiên cứu cung cấp cho chúng tôi một vài gợi ý về cách có thể kiểm soát các giai đoạn không tầm thường này trong 2D kagome vật liệu cho các ứng dụng tiềm năng trong công nghệ điện tử đột phá, ”FLEET CI A / Giáo sư Nikhil Medhekar cho biết.

• “Biểu hiện của các điện tử có tương quan mạnh mẽ trong khung kim loại-hữu cơ Kagome 2D” đã được xuất bản trong Vật liệu chức năng nâng cao vào tháng 9 2021.