Rumtemperatur langtrækkende ferromagnetisk orden realiseret i et begrænset molekylært monolag

Hvordan kan vi manipulere intermolekylær udvekslingsinteraktion for at opnå langrækkende spin-orden? Svaret på dette spørgsmål er af stor betydning for at forstå og modulere magnetisk adfærd i mikroskopisk skala og ved udvikling af nye makroskopiske magnetiske materialer og enheder.

Imidlertid spiller temperatur og miljø en afgørende rolle i molekylær magnetisk adfærd og spin-orden. Ved høje temperaturer forstyrrer termisk løft spin-ordenen og deaktiverer intermolekylære udvekslingsinteraktioner.

Ifølge Mermin-Wagner teoriens forudsigelse er der ingen spontan magnetisk rækkefølge i todimensionelle systemer. Derfor er realisering af todimensionale ferromagnetiske molekylære materialer ved stuetemperatur stadig en udfordring på dette område. Hvis det løses, vil det ikke kun være afgørende for en grundlæggende forståelse af magnetismens natur, men også for at åbne nye veje mod en ny magnetisk materialeplatform.

For at løse dette problem konstruerede en forskergruppe ledet af prof. Wu Changzheng fra Key Laboratory of Precision and Intelligent Chemistry ved University of Science and Technology of China (USTC) en langrækkende ferromagnetisk orden ved stuetemperatur og fremstillede et molekylært monolag af honeycomb-lignende cobaltocen (Co(Cp)₂ ), en forenklet form for Co(C₅ H₅ )₂ ) i et begrænset van der Waals mellemlagsrum.

Forskere udviklede den vibriske superudvekslingsinteraktion mellem Co(Cp)₂ molekyler og S-atomer baseret på den dynamiske ladningsoverførsel ved den organisk-uorganiske (Co(Cp)₂ /SnS₂ ) supergittergrænseflade og realiserede en langrækkende ferromagnetisk orden mellem organiske molekyler, hvorfra de opnåede de todimensionelle ferromagnetiske molekylære lag ved høj overgangstemperatur (> 400 K) og stor mætning magnetisering (4 emu.g ^-1) ) i et svagt felt.

Forskere formåede også at karakterisere orienteringen af ​​individuelle Co(Cp)₂ molekyler begrænset mellem SnS₂ lag og strukturel samling af honeycomb-lignende monolagmolekyle ved scanning sondemikroskopi kombineret med scanning tunneling mikroskopi og atomic force mikroskopi.

Elektronskyerne i nabolandet Co(Cp)₂ molekyler fusionerede med hinanden for at danne delokaliserede elektroner, som mediterede spin-udvekslingsinteraktionerne mellem Co(Cp)₂ molekyler.

Forskningsresultaterne blev offentliggjort i Nature Physics.

Dette arbejde realiserer en ny struktur af magnetiske faste stoffer ved at modulere den molekylære spin-rækkefølge, som forventes at give bedre løsninger til applikationer såsom elektronik, informationslagring og kvanteberegning.

Flere oplysninger: Yuhua Liu et al, Rumtemperatur langtrækkende ferromagnetisk orden i et begrænset molekylært monolag, Nature Physics (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02312-z

Journaloplysninger: Naturfysik

Leveret af University of Science and Technology i Kina