science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Onderzoekers ontdekken ferromagnetisme veroorzaakt door defecten in gecorreleerde 2D-materialen

Fig. 1. Structurele karakterisering van Ni1−x Cox PS3 (0 ≤ x <0,5) NS.(A) Kristalstructuurmodel van bilaag Ni1−x Cox PS3 met een paar aangrenzende octaëdrische coördinatie-eenheden (onder). (B) Poederröntgendiffractie (PXRD) patronen van verschillende Ni1−x Cox PS3 NS-monsters in vergelijking met de standaard monoklinische NiPS3 (PDF #33-0952) en CoPS3 (PDF#78-0498). De brede piek bij 2θ ~26o in alle PXRD-patronen komt van het koolstofdoek. a.u., willekeurige eenheden. (C) In kaart brengen van energiedispersieve spectroscopie (EDS) en (D) het overeenkomstige spectrum van een Ni0,68 Co0.32 PS3 NS tonen uniforme verdeling van samenstellende elementen. (E) HAADF-STEM-afbeelding van een Ni0.68 Co0.32 PS3 nanosheet verzameld van de Ni0.68 Co0.32 PS3 NS-monster op koolstofdoek getoond in de inzet SEM-afbeelding. (F) SAED-patroon van de Ni0,68 Co0.32 PS3 nanosheet langs de [001] zone-as. (G) Atoomkrachtmicroscopiebeeld van een Ni0,68 Co0.32 PS3 NS overgebracht naar Si/SiO2 substraat, met een dikte van ~ 5,6 nm. (G) Raman-spectra van verschillende Ni1−x Cox PS3 (0 ≤ x <0,5) NS. Krediet:DOI:10.1126/sciadv.abj4086

Een zwakke ferromagnetische (FM) grondtoestand bij lage temperatuur in weiniglaags van der Waals (vdW) magnetisch Ni1-x Cox PS3 nanosheets met zwavelvacatures (Sv ) werd ontdekt door een onderzoeksteam onder leiding van prof. He Jun van het National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS), in samenwerking met prof. Jin Song van de Universiteit van Wisconsin-Madison. Dit werk is gepubliceerd in Science Advances .

Overgangsmetaal fosfor trichalcogeniden (MPX3 , X =S of Se; M =Mn, Fe, Co, Ni, etc.), als vertegenwoordigers van tweedimensionale (2D) vdW magnetische materialen, hebben brede aandacht gekregen op verschillende gebieden, waaronder supergeleiding, opto-elektronica en katalyse. In het bijzonder NiPS3 vertoont intrigerende kwantumeigenschappen vanwege de intrinsieke sterke correlatie-effecten tussen lading en spin. Het is een antiferromagnetisch (AFM) materiaal met een model Hamiltoniaan van het XXZ-type.

In deze studie ontdekten onderzoekers dat het bestaan ​​van kristaldefecten in chemisch gesynthetiseerde Ni1-x Cox PS3 nanosheets, d.w.z. zwavelvacatures (Sv ), zou de sterke interlaagse antiferromagnetische uitwisselingsinteractie (J3) in NiPS3 kunnen onderdrukken , en de Co-substitutie verlaagt de vormingsenergie van Sv tijdens het syntheseproces.

Bovendien ontdekten ze dat het conversiesyntheseproces voor de Ni1-x Cox PS3 nanosheets zijn nodig om de vorming van Sv . te bevorderen . Sv lijken niet in voldoende hoeveelheid voor te komen in chemisch damptransport gekweekte monokristallen. De aanwezigheid van Sv in Ni1-x Cox PS3 nanosheets leidden tot de onderdrukking van AFM-correlaties op lange afstand, terwijl andere concurrerende ferromagnetische uitwisselingsinteracties domineren bij lage temperaturen, waardoor een magnetisch gefrustreerd systeem ontstond.

Als gevolg hiervan is het magnetische veld dat nodig is om deze defect-gemedieerde ferromagnetische toestand (<300 oersted) af te stemmen veel lager dan de waarde die nodig is om een ​​typische vdW-antiferromagneet (> enkele duizenden oersted) af te stemmen, wat deze nanosheets aantrekkelijker maakte voor spintronische toepassingen.

Theoretisch, in gecorreleerde NiPS3 , de halfgevulde Ni e g orbitalen gekoppeld aan halfgevulde S 3p orbitalen, die de elektronenbundeling tussen naburige Ni-plaatsen bemiddelt door middel van superuitwisselingsinteractie. Door de negatieve ladingsoverdrachtsenergie draagt ​​het S-ligand één elektron over aan de halfgevulde e g Ni 3d orbitaal om een ​​d 9 . te vormen L grondtoestand, namelijk negatieve ladingsoverdracht (NCT) toestand. NCT-toestand domineert ook tussen antiferromagnetisch uitgelijnde naburige Ni-atomen. In dit geval is de aanwezigheid van Sv kan de elektronische correlatie beïnvloeden en vervolgens de magnetische volgorde afstemmen in gecorreleerde NiPS3 .

Deze bevindingen bieden een minder onderzochte route voor het beheersen van concurrerende gecorreleerde toestanden en magnetische ordening door defect-engineering in 2D vdW-magneten. + Verder verkennen

Spintronica:elektronica verbeteren met fijnere spincontrole




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe wetenschappers de gezondheid van walvissen in de gaten houden door drones te gebruiken om hun slag op te vangen
  2. DNA-modellen van paperclips maken
  3. Ideeën voor de dingen Kinderen kunnen met een microscoop bekijken

    Kinderen zijn vaak nieuwsgierig naar de wereld om hen heen. Een manier om deze nieuwsgierigheid aan te moedigen, is om ze een manier te bieden om de natuur op een nieuwe en intensiev

  4. Zeldzame aardkers kan binnenkort overal zijn,
  5. Aan vuur aangepaste insecten maken optimaal gebruik van door bosbranden gesteriliseerde broedplaatsen
  6. Voordelen en nadelen van Hydrostatic Skeleton
  7. Ontdekking van gewasgenen raakt de wortel van voedselzekerheid
  8. Welke soorten organische moleculen vormen een celmembraan?
  9. Experimentele evolutie:mariene roeipootkreeftjes kunnen zich genetisch aanpassen aan veranderende oceaanomstandigheden

Wetenschap