Forskere opnår gigantisk Rashba-Dresselhaus-spaltning i 2D chirale metal-organiske rammer

Et forskerhold ledet af prof. Li Xingxing og akademiker Yang Jinlong fra University of Science and Technology of China (USTC) har udviklet todimensionelle (2D) chirale metal-organiske rammer som Rashba-Dresselhaus (R-D) halvledere med stor spin-spaltning. Undersøgelsen blev offentliggjort i Chemical Science .

R-D-effekten er et spontant spin-spaltningsfænomen forårsaget af spin-orbit-kobling i et rum-inversion symmetri-brydende miljø. Effekten kræver ikke, at materialet i sagens natur er magnetisk, og dermed undgår man det problem, at Curie-temperaturen af ​​lavdimensionelle magnetiske materialer normalt er et godt stykke under stuetemperatur.

Halvledere med stor R-D spin opdeling er lovende til fremstilling af elektriske feltkontrollerede spintroniske enheder. Imidlertid er de i øjeblikket rapporterede 2D R-D-halvledere hovedsageligt uorganiske materialer og begrænset i mængde. Derudover er de potentielle faktorer, der påvirker spin-splitning, og generelle metoder til at realisere stor spin-splitning endnu ikke undersøgt.

I de senere år er det akademiske samfund begyndt at fokusere på 2D chirale metal-organiske rammer (CMOF'er). Todimensionelle CMOF'er er en vigtig underklasse af MOF-familien og har fået omfattende opmærksomhed i asymmetrisk katalyse og enantioselektive applikationer. Da en af ​​de grundlæggende betingelser for fremkomsten af ​​R-D-spinopdeling er brud på rumlig inversionssymmetri, er CMOF'er, der mangler inversion og spejlsymmetri, tilfældigvis en naturlig designplatform. Spørgsmålene, som forskerne skulle tage stilling til i denne undersøgelse, var, om der kunne opnås signifikant R-D-spinopdeling i 2D CMOF'er, hvordan det kunne opnås, og sammenhængen mellem chiralitet og R-D-effekter.

Forskerne konstruerede en række CMOF-materialer ved at bruge uorganiske ligander (-I, -Br, -Cl, -F, -CN, -H) koordinerede tungmetalatomer (Sr-Sn, Ba-Pb) som noder og en aksial chiral ligand, et 4,4'-bipyridinderivat, som en linker. Baseret på beregninger med de første principper blev en serie af todimensionelle R-D-halvledere med stor spin-opdeling og store R-D-koblingskonstanter i valensbåndet teoretisk opnået ved en tre-trins screeningsstrategi.

Interessant nok kunne spinteksturen i valensbåndet indstilles ved at ændre chiraliteten af ​​den metalorganiske rygrad. Endelig identificerede forskerne fem nøgleelementer til opnåelse af stor R-D-spinopdeling i 2D COMF'er:(i) chiralitet, (ii) stor spin-orbit-kobling, (iii) smalbåndsgab, (iv) valens- og ledningsbånd med samme symmetri ved Г-punktet, og (v) stærkt ligandfelt.

Undersøgelsen afslører de underliggende faktorer, der styrer R–D-spinopdelingen, hvilket kan gavne den fremtidige udvikling af 2D R–D-halvledere med gigantisk spinopdeling.

Flere oplysninger: Shanshan Liu et al., Opnåelse af kæmpe Rashba-Dresselhaus-spinopdeling i todimensionelle chirale metal-organiske rammer, Kemisk Videnskab (2024). DOI:10.1039/D3SC06636C

Journaloplysninger: Kemisk videnskab

Leveret af University of Science and Technology i Kina