Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Ferromagnetische langeafstandsorde bij kamertemperatuur gerealiseerd in een beperkte moleculaire monolaag

Honingraatcel van een opgesloten Co(Cp)2 monolaag. een , STM-afbeelding met constante stroom van een Co(Cp)2 monolaag op een SnS2 oppervlak bij 78 K (V  = 3,0 V en I  = 20 pA). b , Vergrote afbeelding van het gestippelde vak in a . c , STM-afbeelding met constante stroom van SnS2 bij 78 K (V  = −1,0 V en I  = 5 pA). d , Tussenlaagse Co(Cp)2 monolaagconfiguratie gesimuleerd met behulp van een theoretische berekening. Credit:Natuurfysica (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02312-z

Hoe kunnen we intermoleculaire uitwisselingsinteractie manipuleren om spin-ordening op lange afstand te bereiken? Het antwoord op deze vraag is van groot belang bij het begrijpen en moduleren van magnetisch gedrag op microscopische schaal en bij het ontwikkelen van nieuwe macroscopische magnetische materialen en apparaten.



Temperatuur en omgeving spelen echter een beslissende rol in het moleculair magnetisch gedrag en de spin-ordening. Bij hoge temperaturen verstoort de thermische opwaartse beweging de spinordening en worden intermoleculaire uitwisselingsinteracties uitgeschakeld.

Volgens de voorspelling van de Mermin-Wagner-theorie bestaat er geen spontane magnetische ordening over lange afstand in tweedimensionale systemen. Daarom blijft het realiseren van tweedimensionale ferromagnetische moleculaire materialen bij kamertemperatuur nog steeds een uitdaging op dit gebied. Als dit wordt opgelost, zal het niet alleen van cruciaal belang zijn voor een fundamenteel begrip van de aard van magnetisme, maar ook voor het openen van nieuwe wegen naar een nieuw platform voor magnetisch materiaal.

Om dit probleem aan te pakken heeft een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Wu Changzheng van het Key Laboratory of Precision and Intelligent Chemistry van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) een ferromagnetische langeafstandsorde op kamertemperatuur geconstrueerd en een moleculaire monolaag van honingraatachtig kobaltoceen (Co(Cp)2 ), een vereenvoudigde vorm van Co(C5 H5 )2 ) in een besloten Van der Waals-tussenlaagruimte.

Onderzoekers ontwikkelden de vibronische superuitwisselingsinteractie tussen Co(Cp)2 moleculen en S-atomen gebaseerd op de dynamische ladingsoverdracht op het organisch-anorganische (Co(Cp)2 /SnS2 ) superroosterinterface, en realiseerden een ferromagnetische orde over lange afstand tussen organische moleculen, waaruit ze de tweedimensionale ferromagnetische moleculaire lagen verkregen bij hoge overgangstemperatuur (> 400 K) en grote verzadigingsmagnetisatie (4 emu.g -1 ) in een zwak veld.

Onderzoekers zijn er ook in geslaagd de oriëntatie van individuele Co(Cp)2 te karakteriseren moleculen opgesloten tussen SnS2 lagen en structurele assemblage van honingraatachtige monolaagmoleculen door scanning-sondemicroscopie in combinatie met scanning-tunnelingmicroscopie en atoomkrachtmicroscopie.

De elektronenwolken van naburige Co(Cp)2 moleculen versmolten met elkaar om gedelokaliseerde elektronen te vormen, die de spin-uitwisselingsinteracties tussen Co(Cp)2 mediteerden moleculen.

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Nature Physics.

Dit werk realiseert een nieuwe structuur van magnetische vaste stoffen door de moleculaire spinvolgorde te moduleren, wat naar verwachting betere oplossingen zal opleveren voor toepassingen zoals elektronica, informatieopslag en kwantumcomputers.

Meer informatie: Yuhua Liu et al, Ferromagnetische orde op lange afstand bij kamertemperatuur in een beperkte moleculaire monolaag, Natuurfysica (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02312-z

Journaalinformatie: Natuurfysica

Aangeboden door de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Belang van diffusie in organismen
  2. Beperkingen van enzymen gebruikt in Forensic Science
  3. Vroege detectiesysteem voor hinderlijke algenplagende Papahānaumokuākea-riffen
  4. De ongelooflijke reis van de eerste Afrikaanse schildpad die in Europa aankwam
  5. Waarom zijn zebramosselen zo plakkerig? Onderzoek kan leiden tot nieuwe industriële coatings, medische lijmen
  6. Bron van Beperking Enzymes
  7. Studie vindt nieuwe manier om radioactieve sites op te ruimen, bescherming van radiotherapiepatiënten, astronauten
  8. Uitbraken van hondsdolheid bij vee in Costa Rica houden verband met ontbossing
  9. Wat doet de temporale kwab?

Wetenschap