¿Cómo podemos manipular la interacción de intercambio intermolecular para lograr un orden de espín de largo alcance? La respuesta a esta pregunta es de gran importancia para comprender y modular el comportamiento magnético a escala microscópica y desarrollar nuevos materiales y dispositivos magnéticos macroscópicos.
Sin embargo, la temperatura y el medio ambiente juegan un papel decisivo en el comportamiento magnético molecular y el orden de espín. A altas temperaturas, el aumento térmico altera el orden de los espines y desactiva las interacciones de intercambio intermolecular.
Según la predicción de la teoría de Mermin-Wagner, no existe un orden magnético espontáneo de largo alcance en sistemas bidimensionales. Por lo tanto, la realización de materiales moleculares ferromagnéticos bidimensionales a temperatura ambiente sigue siendo un desafío en este campo. Si se resuelve, será vital no sólo para una comprensión fundamental de la naturaleza del magnetismo sino también para abrir nuevas vías hacia una nueva plataforma de material magnético.
Para abordar este problema, un grupo de investigación dirigido por el Prof. Wu Changzheng del Laboratorio Clave de Precisión y Química Inteligente de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) construyó un orden ferromagnético de largo alcance a temperatura ambiente y fabricó una monocapa molecular de cobaltoceno en forma de panal (Co(Cp)2 ), una forma simplificada de Co(C5 H5 )2 ) en un espacio confinado entre capas de Van der Waals.
Los investigadores desarrollaron la interacción de superintercambio vibrónico entre Co(Cp)2 moléculas y átomos de S basándose en la transferencia dinámica de carga en el plano orgánico-inorgánico (Co(Cp)2 /SnS2 ) interfaz de superred, y realizaron un orden ferromagnético de largo alcance entre moléculas orgánicas, a partir del cual obtuvieron las capas moleculares ferromagnéticas bidimensionales a alta temperatura de transición (> 400 K) y gran magnetización de saturación (4 emu.g -1 ) en un campo débil.
Los investigadores también lograron caracterizar la orientación del Co(Cp)2 individual. moléculas confinadas entre SnS2 capas y ensamblaje estructural de una molécula monocapa similar a un panal mediante microscopía de sonda de barrido junto con microscopía de efecto túnel y microscopía de fuerza atómica.
Las nubes de electrones del vecino Co(Cp)2 Las moléculas se fusionaron entre sí para formar electrones deslocalizados, que meditaron las interacciones de intercambio de espín entre Co(Cp)2. moléculas.
Los resultados de la investigación se publicaron en Nature Physics.
Este trabajo da cuenta de una nueva estructura de sólidos magnéticos mediante la modulación del orden de espín molecular, que se espera proporcione mejores soluciones para aplicaciones como la electrónica, el almacenamiento de información y la computación cuántica.
Más información: Yuhua Liu et al, Orden ferromagnético de largo alcance a temperatura ambiente en una monocapa molecular confinada, Nature Physics (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02312-z
Información de la revista: Física de la Naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China
