La estructura molecular "kagome" en forma de estrella del material organometálico 2D da como resultado interacciones electrónicas fuertes y propiedades magnéticas no triviales (izquierda:imagen STM, derecha:AFM sin contacto). Crédito:FLOTA
Un nanomaterial 2D que consiste en moléculas orgánicas unidas a átomos de metal en una geometría de escala atómica específica muestra propiedades electrónicas y magnéticas no triviales debido a fuertes interacciones entre sus electrones.
Un nuevo estudio publicado hoy, muestra la aparición del magnetismo en un material orgánico 2D debido a fuertes interacciones electrón-electrón; estas interacciones son la consecuencia directa de la singularidad del material, estructura de escala atómica similar a una estrella.
Esta es la primera observación de momentos magnéticos locales que surgen de interacciones entre electrones en un material orgánico 2D atómicamente delgado.
Los hallazgos tienen potencial para aplicaciones en la electrónica de próxima generación basada en nanomateriales orgánicos, donde la sintonización de interacciones entre electrones puede conducir a una amplia gama de fases y propiedades electrónicas y magnéticas.
Interacciones fuertes electrón-electrón en un material kagome orgánico 2D
El estudio de la Universidad de Monash investigó un nanomaterial organometálico 2D compuesto de moléculas orgánicas dispuestas en una geometría kagome, es decir, siguiendo un patrón "similar a una estrella".
El nanomaterial organometálico 2D consta de moléculas de dicianoantraceno (DCA) coordinadas con átomos de cobre en una superficie metálica que interactúa débilmente (plata).
Mediante mediciones de microscopía de sonda de barrido (SPM) cuidadosas y atómicamente precisas, los investigadores encontraron que la estructura organometálica 2D, cuyos bloques de construcción moleculares y atómicos son por sí mismos no magnéticos, alberga momentos magnéticos confinados en ubicaciones específicas.
Los cálculos teóricos mostraron que este magnetismo emergente se debe a la fuerte repulsión de Coulomb electrón-electrón dada por la geometría kagome 2D específica.
"Creemos que esto puede ser importante para el desarrollo de tecnologías futuras de electrónica y espintrónica basadas en materiales orgánicos, donde la sintonización de interacciones entre electrones puede conducir al control sobre una amplia gama de propiedades electrónicas y magnéticas, "dice FLEET CI A / Prof Agustin Schiffrin.
Confirmación del efecto Kondo, a través de mediciones de espectroscopia de tunelización de barrido de la densidad de estados electrónicos, confirma la presencia de magnetismo local en el marco organometálico 2D. Crédito:FLOTA
Sondeo directo del magnetismo a través del efecto Kondo
Los electrones de materiales 2D con una estructura de cristal kagome pueden estar sujetos a fuertes interacciones de Coulomb debido a la interferencia destructiva de la función de onda y la localización cuántica. conduciendo a una amplia gama de fases topológicas y electrónicas fuertemente correlacionadas.
Estas fuertes correlaciones electrónicas pueden manifestarse mediante la aparición del magnetismo, y, hasta ahora, no se han observado en materiales orgánicos 2D atómicamente delgados. Esto último puede ser beneficioso para las tecnologías de estado sólido debido a su capacidad de sintonización y autoensamblaje.
En este estudio, El magnetismo resultante de las fuertes interacciones de Coulomb electrón-electrón en un material orgánico kagome 2D se reveló mediante la observación del efecto Kondo.
"El efecto Kondo es un fenómeno de muchos cuerpos que ocurre cuando los momentos magnéticos son filtrados por un mar de electrones de conducción. Por ejemplo, de un metal subyacente, ", dice el autor principal y miembro de la FLEET, el Dr. Dhaneesh Kumar." Y este efecto puede detectarse mediante técnicas de SPM ".
"Observamos el efecto Kondo, y de ahí concluyó que el material orgánico 2D debe albergar momentos magnéticos. Entonces, la pregunta se convirtió en '¿de dónde viene este magnetismo?' "
El modelado teórico de Bernard Field y sus colegas mostró sin ambigüedades que este magnetismo es la consecuencia directa de fuertes interacciones de Coulomb entre electrones. Estas interacciones aparecen solo cuando traemos las partes normalmente no magnéticas a un marco orgánico de metal kagome 2D. Estas interacciones dificultan el emparejamiento de electrones, con espines de electrones no apareados que dan lugar a momentos magnéticos locales.
"El modelado teórico de este estudio ofrece una visión única de la riqueza de la interacción entre las correlaciones cuánticas, y las fases topológica y magnética. El estudio nos proporciona algunas pistas sobre cómo estas fases no triviales se pueden controlar en materiales kagome 2D para aplicaciones potenciales en tecnologías electrónicas pioneras. "dice FLEET CI A / Prof Nikhil Medhekar.
