14:59 2024-04-29 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Când un dirijor nu conduce? Comutarea unui cadru metal-organic 2D de la un izolator la un metal

_ Când un dirijor nu conduce? Trecerea unui cadru metal-organic 2D de la un izolator la un metal

Un studiu condus de Australia a descoperit un comportament izolator neobișnuit într-un material nou subțire din punct de vedere atomic – și capacitatea de a-l porni și dezactiva.

Materialele care prezintă interacțiuni puternice între electroni pot prezenta proprietăți neobișnuite, cum ar fi capacitatea de a acționa ca izolatori chiar și atunci când se așteaptă să conducă electricitatea. Acești izolatori, cunoscuți sub numele de izolatori Mott, apar atunci când electronii devin înghețați din cauza repulsiunii puternice pe care o simt de la alți electroni din apropiere, împiedicându-i să poarte curent.

Condus de FLEET de la Universitatea Monash, a publicat un nou studiu. Săptămâna aceasta, în Nature Communications, a demonstrat o fază izolatoare Mott într-un cadru metal-organic subțire atomic (MOF) și capacitatea de a comuta controlabil acest material de la un izolator la un conductor. Capacitatea acestui material de a acționa ca un „comutator” eficient îl face un candidat promițător pentru aplicare în noile dispozitive electronice, cum ar fi tranzistoarele.

Materialul subțire atomic (sau 2D) din centrul studiului este un tip de MOF, o clasă de materiale compuse din molecule organice și atomi de metal.

„Datorită versatilității abordărilor chimiei supramoleculare – în special aplicate pe suprafețe ca substraturi – avem un număr aproape infinit de combinații de construit materiale de jos în sus, cu precizie la scară atomică”, explică autorul corespondent A/Prof Schiffrin. „În aceste abordări, moleculele organice sunt folosite ca elemente de bază. Alegând cu atenție ingredientele potrivite, putem regla proprietățile MOF-urilor.”

Proprietatea importantă personalizată a MOF în acest studiu este sa geometrie în formă de stea, cunoscută sub numele de structură kagome. Această geometrie îmbunătățește influența interacțiunilor electron-electron, conducând direct la realizarea unui izolator Mott.

Comutatorul pornit-oprit: populația de electroni

Autorii au construit modelul în formă de stea. kagome MOF dintr-o combinație de atomi de cupru și molecule de 9,10-dicianoantracen (DCA). Ei au crescut materialul pe un alt material izolator subțire atomic, nitrură de bor hexagonală (hBN), pe o suprafață atomică plată de cupru, Cu(111).

"Am măsurat proprietățile structurale și electronice ale MOF la scară atomică folosind microscopia de scanare cu tunel și spectroscopie”, explică autorul principal, dr. Benjamin Lowe, care și-a încheiat recent doctoratul. cu FLEET. „Acest lucru ne-a permis să măsurăm un decalaj de energie neașteptat — semnul distinctiv al unui izolator.”

Suspectarea autorilor că decalajul de energie măsurat experimental este o semnătură a unei faze de izolare Mott a fost confirmată prin compararea rezultatelor experimentale cu calcule dinamice ale teoriei câmpului mediu.

„Semnătura electronică din calculele noastre a arătat o concordanță remarcabilă cu măsurătorile experimentale și a oferit dovezi concludente ale unei faze de izolare Mott”, explică alumul FLEET Dr. Bernard Field, care a efectuat studiul teoretic. calcule în colaborare cu cercetătorii de la Universitatea din Queensland și de la Institutul de Știință și Tehnologie din Okinawa din Japonia.

Autorii au reușit, de asemenea, să modifice populația de electroni din MOF utilizând variații ale mediului chimic a substratului hBN și a câmpului electric de sub vârful microscopului de scanare cu tunel.

Atunci când unii electroni sunt îndepărtați din MOF, repulsia pe care o simt electronii rămași este redusă și devin dezghețați, permițând materialului să se comporte. ca un metal. Autorii au putut observa această fază metalică dintr-o dispariție a decalajului de energie măsurat atunci când au îndepărtat câțiva electroni din MOF. Populația de electroni este comutatorul pornit-oprit pentru tranzițiile de fază controlabile ale izolatorului Mott la metal.

Abilitatea acestui MOF de a comuta între izolatorul Mott și fazele metalice prin modificarea populației de electroni este un rezultat promițător care ar putea fi exploatat în noi tipuri de dispozitive electronice (de exemplu, tranzistoare). Un următor pas promițător către astfel de aplicații ar fi reproducerea acestor descoperiri într-o structură a dispozitivului în care un câmp electric este aplicat uniform pe întregul material.

Observarea unui izolator Mott într-un MOF care este ușor de sintetizează și conține elemente din abundență, de asemenea, face ca aceste materiale să fie candidați atractivi pentru studii ulterioare ale fenomenelor puternic corelate, inclusiv supraconductivitate, magnetism sau lichide de spin.

(Fluierul)

Inapoi