Een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Li Xingxing van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) van de Chinese Academie van Chinese (CAS) maakte een omkeerbare topologische controle in 2D organometaalroosters, bereikt door tautomerisatie. Hun werk werd gepubliceerd in Advanced Functional Materials .

Topologische materialen winnen steeds meer aan belangstelling in de fysica van de gecondenseerde materie vanwege hun topologisch beschermde oppervlaktetoestanden die dissipatieloos elektronentransport mogelijk maken. De meeste huidige topologische materialen vertonen echter één type bandtopologie, waarbij gelijktijdige realisatie van meerdere topologische eigenschappen binnen hetzelfde materiaal dringend nodig is om de functionaliteit te vergroten. Op dit moment zijn er in bepaalde systemen een aantal fysische methoden ontwikkeld, terwijl de chemische methoden aanzienlijk beperkt en onomkeerbaar zijn.

In het eerdere werk van de groep werd een omkeerbare spin-orde-overgang bereikt in organometaalroosters door middel van lactam-lactim-tautomerisatie. Op basis van dit resultaat breidde de groep de methode uit naar organometallische raamwerken en introduceerde tautomerisatiemodules in organische linkers van organische topologische isolator (OTI).

De tautomerisatie veroorzaakte vervolgens een magnetische faseovergang die de elektronische bandstructuur van de 2D organometaalroosters veranderde, wat vervolgens een controleerbare omkeerbare topologische faseovergang produceerde door het Tsjerngetal te veranderen.

Onderzoekers gebruikten 2,2′-bithiazolderivaten als vlakke organische linkers. Gecombineerd met drievoudig gecoördineerde Co-atomen wordt een 2D-topologisch materiaal ontworpen, waarvan de haalbaarheid theoretisch wordt geïllustreerd in simulaties. Na de tautomerisatie onderging dit organometaalrooster een verandering van een ferrimagnetisch halfmetaal met een lokale opening met een Tsjern-getal van +1 naar een ferromagnetische Tsjern-isolator met een Tsjern-getal van −1, waarbij de spinpolarisatierichting van de ladingsdragers in de rooster was ook omgekeerd.

Deze studie draagt ​​bij aan de inspanningen om dissipatieloos elektronentransport mogelijk te maken en biedt veelbelovende toepassingen in spintronica en kwantumberekeningen.

Meer informatie: Junyao Li et al, Tautomerisatie maakt topologische faseovergang in 2D organometaalroosters, Geavanceerde functionele materialen (2024). DOI:10.1002/adfm.202400610

Journaalinformatie: Geavanceerde functionele materialen

Aangeboden door de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China