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  • Incorporando ferromagnetismo y superconductividad en una sola capa de superrejilla molecular

    La Figura (A) proporciona una ilustración esquemática del método de diseño químico confinado en el espacio entre capas (ICCD) para la síntesis de disulfuro de tantalio (TaS 2 ) superrejilla molecular con las regiones superconductoras y las regiones ferromagnéticas en una sola capa atómica. La Figura (B) incluye las imágenes de microscopía electrónica de transmisión de barrido de campo oscuro anular de alto ángulo (HAADF-STEM) que muestran el átomo de Co sustituido (CoTa) y el átomo de Co de sitio hueco (CoHS) dentro del TaS 2 material. La Figura (C) son las gráficas de densidad de espín del TaS 2 monocapa con CoTa (izquierda) y CoHS (derecha) que muestra la introducción de ferromagnetismo en el TaS 2 material. Crédito:Materiales avanzados

    Los científicos de NUS han demostrado un método de diseño químico confinado en el espacio entre capas (ICCD) para la síntesis de disulfuro de tantalio dopado de un solo átomo (TaS 2 ) superrejilla molecular, donde el ferromagnetismo se introdujo con éxito en el TaS superconductor 2 capas.

    La interacción entre la superconductividad y el ferromagnetismo crea numerosos fenómenos físicos exóticos, que se puede aprovechar para aplicaciones de dispositivos de próxima generación. La integración de estas dos fases en competencia se logra generalmente apilando verticalmente capas superconductoras y ferromagnéticas una tras otra. La síntesis controlable de capas atómicas híbridas que se adaptan tanto a la superconductividad como al ferromagnetismo sigue siendo un desafío considerable.

    Un equipo de investigación dirigido por el profesor Lu Jiong del Departamento de Química, NUS ha demostrado que la incorporación de átomos de cobalto (Co) aislados en TaS superconductores 2 las capas pueden inducir momentos magnéticos locales y acoplamiento ferromagnético. Esto crea un material con dominios ferromagnéticos y superconductores dentro de una sola capa atómica. En comparación con las estructuras convencionales apiladas verticalmente, La integración de estas dos fases en competencia en una sola capa no solo ofrece una mayor flexibilidad en el diseño y fabricación de dispositivos, también abre nuevas aplicaciones potenciales.

    El equipo del profesor Lu desarrolló este nuevo enfoque, llamado ICCD, para la intercalación y modificación química simultáneas de 2H-TaS a granel 2 , donde el ferromagnetismo se introduce en el TaS 2 material conservando sus propiedades de superconductividad (Figura A). Insertar moléculas de tetrabutilamonio en el espacio entre capas de TaS 2 abre el espacio entre ellos y permite Co 2+ iones que se integrarán en la estructura. Los investigadores encontraron que el Co 2+ Los iones reemplazaron al átomo de tantalio (Ta) o se adsorbieron en un sitio hueco (entre dos átomos de Ta) (Figura B). Esta estrategia ICCD se puede aplicar potencialmente a varios iones metálicos, lo que permite una síntesis versátil y escalable de una clase de superredes moleculares con propiedades personalizadas mediante la modificación entre capas.

    Los resultados experimentales del equipo, junto con los cálculos teóricos realizados por el grupo del profesor Yuanping FENG del Departamento de Física, NUS muestran que el orbital seleccionado pag - D la hibridación entre Co y sus átomos vecinos Ta y S induce momentos magnéticos locales y acoplamiento ferromagnético (Figura C), presumiblemente mediado a través de un mecanismo conocido como interacción de intercambio Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida.

    El profesor Lu dijo:"Prevemos que nuestros hallazgos del diseño químico confinado en el espacio entre capas proporcionarán una nueva ruta química para diseñar una superrejilla molecular artificial de materiales en capas con propiedades exóticas y antagónicas para las funcionalidades deseadas".


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