Fig. 1. Caracterización estructural de Ni1−x Cox PD3 (0 ≤ x <0.5) NS.(A) Modelo de estructura cristalina de bicapa Ni1−x Cox PD3 con un par de unidades de coordinación octaédricas vecinas (abajo). (B) Patrones de difracción de rayos X en polvo (PXRD) de varios Ni1−x Cox PD3 Muestras NS en comparación con el NiPS3 monoclínico estándar (PDF n.º 33-0952) y CoPS3 (PDF n.º 78-0498). El pico ancho a 2θ ~26o en todos los patrones PXRD proviene de la tela de carbono. a.u., unidades arbitrarias. (C) Mapeo de espectroscopia de dispersión de energía (EDS) y (D) el espectro correspondiente de un Ni0.68 Co0.32 PD3 NS muestran una distribución uniforme de los elementos constituyentes. (E) Imagen HAADF-STEM de un Ni0.68 Co0.32 PD3 nanohoja recolectada del Ni0.68 Co0.32 PD3 Muestra de NS en tela de carbón que se muestra en la imagen SEM insertada. (F) Patrón SAED del Ni0.68 Co0.32 PD3 nanohoja a lo largo del eje de la zona [001]. (G) Imagen de microscopía de fuerza atómica de un Ni0.68 Co0.32 PD3 NS transferido a Si/SiO2 sustrato, mostrando un espesor de ~5.6 nm. (G) Espectros Raman de varios Ni1−x Cox PD3 (0 ≤ x <0,5) NS. Crédito:DOI:10.1126/sciadv.abj4086
Un estado fundamental ferromagnético (FM) débil a baja temperatura en Ni1-x magnético de van der Waals (vdW) de pocas capas Cox PD3 nanoláminas que contienen vacantes de azufre (Sv ) fue descubierto por un equipo de investigación dirigido por el Prof. He Jun del Centro Nacional de Nanociencia y Tecnología (NCNST) de la Academia de Ciencias de China (CAS), en colaboración con el Prof. Jin Song de la Universidad de Wisconsin-Madison. Este trabajo fue publicado en Science Advances .
Tricalcogenuros de fósforo de metales de transición (MPX3 , X=S o Se; M =Mn, Fe, Co, Ni, etc.), como representantes de los materiales magnéticos bidimensionales (2D) vdW, han ganado gran atención en varios campos, incluyendo la superconductividad, la optoelectrónica y la catálisis. En particular, NiPS3 exhibe intrigantes propiedades cuánticas debido a los fuertes efectos intrínsecos de correlación de carga-espín. Es un material antiferromagnético (AFM) con un modelo hamiltoniano del tipo XXZ.
En este estudio, los investigadores encontraron que la existencia de defectos de cristal en Ni1-x sintetizado químicamente Cox PD3 nanoláminas, es decir, vacantes de azufre (Sv ), podría suprimir la fuerte interacción de intercambio antiferromagnético intracapa (J3) en NiPS3 , y la sustitución de Co disminuye la energía de formación de Sv durante el proceso de síntesis.
Además, encontraron que el proceso de síntesis de conversión para Ni1-x Cox PD3 las nanoláminas son necesarias para promover la formación de Sv . Sv no parecen existir en cantidad suficiente en el transporte de vapor químico crecido monocristalino. La presencia de Sv en Ni1-x Cox PD3 las nanoláminas condujeron a la supresión de las correlaciones AFM de largo alcance, mientras que otras interacciones de intercambio ferromagnético en competencia dominan a bajas temperaturas, creando un sistema magnéticamente frustrado.
Como consecuencia, el campo magnético requerido para sintonizar este estado ferromagnético mediado por defectos (<300 oersted) es mucho más bajo que el valor necesario para sintonizar un antiferromagnético vdW típico (> varios miles de oersted), lo que hizo que estas nanoláminas fueran más atractivas para aplicaciones espintrónicas.
Teóricamente, en NiPS3 correlacionados , la Ni e medio llena g orbitales acoplados con semilleno S 3p orbitales, que media el aro de electrones entre los sitios vecinos de Ni a través de la interacción de superintercambio. Debido a la energía de transferencia de carga negativa, el ligando S transfiere un electrón al e medio lleno g Ni 3d orbital para formar un d 9 L estado fundamental, es decir, estado de transferencia de carga negativa (NCT). El estado NCT también domina entre átomos de Ni vecinos alineados antiferromagnéticamente. En este caso, la presencia de Sv podría afectar la correlación electrónica y luego sintonizar el orden magnético en NiPS3 correlacionado .
Estos hallazgos proporcionan una ruta menos explorada para controlar estados correlacionados competitivos y ordenamiento magnético mediante ingeniería de defectos en imanes 2D vdW. Spintronics:Mejorando la electrónica con un control de giro más fino
