Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Forskere opdager ferromagnetisme induceret af defekter i korrelerede 2D-materialer

Fig. 1. Strukturel karakterisering af Ni1−x Cox PS3 (0 ≤ x <0,5) NS.(A) Krystalstrukturmodel af dobbeltlag Ni1−x Cox PS3 med et par tilstødende oktaedriske koordinationsenheder (nederst). (B) Pulverrøntgendiffraktionsmønstre (PXRD) af forskellige Ni1−x Cox PS3 NS-prøver sammenlignet med standard monokliniske NiPS3 (PDF #33-0952) og CoPS3 (PDF #78-0498). Den brede top ved 2θ ~26o i alle PXRD-mønstre kommer fra kulstofkluden. a.u., vilkårlige enheder. (C) Energidispersiv spektroskopi (EDS) kortlægning og (D) det tilsvarende spektrum af en Ni0,68 Co0,32 PS3 NS viser ensartet fordeling af bestanddele. (E) HAADF-STEM billede af en Ni0,68 Co0,32 PS3 nanoark indsamlet fra Ni0,68 Co0,32 PS3 NS prøve på carbon klud vist i det indsatte SEM billede. (F) SAED-mønster for Ni0,68 Co0,32 PS3 nanoark langs [001] zoneaksen. (G) Atomkraftmikroskopibillede af en Ni0,68 Co0,32 PS3 NS overført til Si/SiO2 substrat, der viser en tykkelse ~5,6 nm. (G) Ramanspektre af forskellige Ni1−x Cox PS3 (0 ≤ x <0,5) NS. Kredit:DOI:10.1126/sciadv.abj4086

En svag ferromagnetisk (FM) jordtilstand ved lav temperatur i få-lags van der Waals (vdW) magnetisk Ni1-x Cox PS3 nanoark indeholdende svovl ledige stillinger (Sv ) blev opdaget af et forskerhold ledet af prof. He Jun fra National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS), i samarbejde med prof. Jin Song fra University of Wisconsin-Madison. Dette arbejde blev udgivet i Science Advances .

Overgangsmetal phosphor trichalcogenider (MPX3 X =S eller Se; M =Mn, Fe, Co, Ni, etc.), som repræsentanter for todimensionelle (2D) vdW magnetiske materialer, har fået bred opmærksomhed på forskellige områder, herunder superledning, optoelektronik og katalyse. Især NiPS3 udviser spændende kvanteegenskaber på grund af de iboende stærke ladningsspin-korrelationseffekter. Det er et antiferromagnetisk (AFM) materiale med en model Hamiltonian af XXZ-typen.

I denne undersøgelse fandt forskerne, at eksistensen af ​​krystaldefekter i kemisk syntetiseret Ni1-x Cox PS3 nanoark, dvs. svovl ledige stillinger (Sv ), kunne undertrykke den stærke intralag antiferromagnetiske udvekslingsinteraktion (J3) i NiPS3 , og Co-substitutionen reducerer dannelsesenergien af ​​Sv under synteseprocessen.

Desuden fandt de ud af, at konverteringssynteseprocessen for Ni1-x Cox PS3 nanoark er nødvendige for at fremme dannelsen af ​​Sv . Sv synes ikke at eksistere i tilstrækkelig mængde i kemisk damptransport dyrket enkeltkrystal. Tilstedeværelsen af ​​Sv i Ni1-x Cox PS3 nanoark førte til undertrykkelse af AFM-korrelationer med lang rækkevidde, mens andre konkurrerende ferromagnetiske udvekslingsinteraktioner dominerer ved lave temperaturer, hvilket skaber et magnetisk frustreret system.

Som en konsekvens heraf er det magnetiske felt, der kræves for at tune denne defektmedierede ferromagnetiske tilstand (<300 oersted) meget lavere end den nødvendige værdi for at tune en typisk vdW antiferromagnet (> flere tusinde oersted), hvilket gjorde disse nanoark mere attraktive til spintroniske applikationer.

Teoretisk set i korreleret NiPS3 , den halvt fyldte Ni e g orbitaler koblet med halvfyldte S 3p orbitaler, som medierer elektronhopringen mellem tilstødende Ni-steder gennem superudvekslingsinteraktion. På grund af den negative ladningsoverførselsenergi overfører S-liganden en elektron til den halvfyldte e g Ni 3d orbital for at danne en d 9 L grundtilstand, nemlig negativ ladningsoverførsel (NCT) tilstand. NCT-tilstand dominerer også mellem antiferromagnetisk justerede tilstødende Ni-atomer. I dette tilfælde tilstedeværelsen af ​​Sv kunne påvirke den elektroniske korrelation og derefter justere den magnetiske rækkefølge i korreleret NiPS3 .

Disse resultater giver en mindre udforsket rute til at kontrollere konkurrerende korrelerede tilstande og magnetisk bestilling ved defekt konstruktion i 2D vdW magneter. + Udforsk yderligere

Spintronics:Forbedring af elektronik med finere spinkontrol




Varme artikler