2D наноматериал, состоящий из органических молекул, связанных с атомами металла в определенной геометрии атомного масштаба, демонстрирует нетривиальные электронные и магнитные свойства из-за сильного взаимодействия между его электронами.

Новое исследование, опубликованное сегодня, показывает появление магнетизма в двумерном органическом материале из-за сильных электрон-электронных взаимодействий; эти взаимодействия являются прямым следствием уникальной звездообразной структуры материала атомного масштаба.

Это первое наблюдение локальных магнитных моментов, возникающих в результате взаимодействия между электронами в атомарно тонком двумерном органическом материале.

Результаты имеют потенциал для применения в электронике следующего поколения на основе органических наноматериалов, где настройка взаимодействий между электронами может привести к широкому диапазону электронных и магнитных фаз и свойств.

СИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОН-ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ДВУМЕРНОМ ОРГАНИЧЕСКОМ КАГОМЕ МАТЕРИАЛЕ

В исследовании Университета Монаша был исследован двумерный металлорганический наноматериал, состоящий из органических молекул, расположенных в геометрии кагоме то есть по «звездообразной» схеме

.

2D металлорганический наноматериал состоит из молекул дицианоантрацена (DCA), координированных с атомами меди на слабо взаимодействующей металлической поверхности (серебре).

С помощью тщательной и атомарно точной сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) исследователи обнаружили, что двумерная металлоорганическая структура, молекулярные и атомные строительные блоки которой сами по себе немагнитны, обладает магнитными моментами, ограниченными в определенных местах.

Теоретические расчеты показали, что этот возникающий магнетизм обусловлен сильным электрон-электронным кулоновским отталкиванием, обусловленным конкретной 2D геометрией кагоме .

«Мы думаем, что это может быть важно для развития будущих технологий электроники и спинтроники на основе органических материалов, где настройка взаимодействий между электронами может привести к контролю над широким диапазоном электронных и магнитных свойств» – говорит FLEET CI A / Prof Agustin Schiffrin.

ПРЯМОЕ ИЗУЧЕНИЕ МАГНЕТИЗМА С ПОМОЩЬЮ ЭФФЕКТА КОНДО

Электроны 2D материалов с кристаллической структурой кагоме могут подвергаться сильным кулоновским взаимодействиям из-за деструктивной интерференции волновых функций и квантовой локализации, что приводит к широкому диапазону топологических и сильно коррелированных электронных фаз.

Такие сильные электронные корреляции могут проявляться через появление магнетизма и до сих пор не наблюдались в атомно-тонких 2D органических материалах. Последние могут быть полезны для твердотельных технологий из-за их возможности настройки и самосборки.

В этом исследовании магнетизм, возникающий в результате сильных электрон-электронных кулоновских взаимодействий в двумерном кагоме органическом материале, был обнаружен посредством наблюдения эффекта Кондо.

«Эффект Кондо – это явление многих тел, которое возникает, когда магнитные моменты экранируются морем электронов проводимости. Например, из основного металла », говорит ведущий автор и член FLEET доктор Даниш Кумар. «И этот эффект может быть обнаружен методами СЗМ».

«Мы наблюдали эффект Кондо и на основании этого пришли к выводу, что двумерный органический материал должен обладать магнитными моментами. Тогда возник вопрос: «Откуда этот магнетизм?»

Теоретическое моделирование Бернарда Филда и его коллег однозначно показало, что этот магнетизм является прямым следствием сильных кулоновских взаимодействий между электронами. Эти взаимодействия появляются только тогда, когда мы помещаем обычно немагнитные части в 2D кагоме металлоорганический каркас. Эти взаимодействия препятствуют спариванию электронов, при этом спины неспаренных электронов создают локальные магнитные моменты.

«Теоретическое моделирование в этом исследовании предлагает уникальное понимание богатства взаимодействия между квантовыми корреляциями, топологической и магнитной фазами. Исследование дает нам несколько советов о том, как управлять этими нетривиальными фазами в 2D-материалах кагоме для потенциальных применений в новаторских электронных технологиях », говорит FLEET CI A / Prof Nikhil Medhekar.

ИССЛЕДОВАНИЕ

«Проявление сильно коррелированных электронов в двумерной металлоорганической структуре Кагоме» было опубликовано в Advanced Functional Materials в сентябре 2021 года. (DOI: 10.1002 / adfm.202106474)

Исследовательская группа состояла из экспериментаторов и теоретиков FLEET из Школы физики и астрономии и Департамента материаловедения и инженерии Университета Монаша.

Все эксперименты проводились в университете Монаша при поддержке Австралийского исследовательского совета (Центр передового опыта и программы будущих стипендий). Численные расчеты, выполненные в Monash, были поддержаны ресурсами, предоставленными Национальной вычислительной инфраструктурой (NCI) и суперкомпьютерным центром Pawsey. Дальнейшая поддержка была получена в рамках программы исследовательской подготовки правительства Австралии

.

СКАНИРУЮЩАЯ МИКРОСКОПИЯ (СЗМ) НА ФЛОТЕ

Группа профессора Шиффрина в FLEET использует СЗМ для исследования свойств атомного масштаба – структурных и электронных – новых наноматериалов с потенциалом для будущих низкоэнергетических электронных технологий.

ПЕРВЫЕ ИЗУЧЕНИЯ ТЕОРИИ ПРИНЦИПОВ НА ФЛОТЕ

Команда профессора Медекара из FLEET использует методы атомистического моделирования, основанные на первых принципах, для исследования связей между структурой атомного уровня и электронными свойствами широкого диапазона наноматериалов, включая низкоразмерные материалы, которые являются многообещающими для электроники следующего поколения. технологии.

FLEET – это исследовательский центр, финансируемый Австралийским исследовательским советом, который объединяет более сотни австралийских и международных экспертов для разработки нового поколения электроники со сверхнизким энергопотреблением.

Источник: http://www.fleet.org.au/[19459009visible