Incorporando ferromagnetismo e supercondutividade em uma única camada de superrede molecular
p A Figura (A) fornece uma ilustração esquemática do método de design químico confinado em espaço intercamada (ICCD) para a síntese de dissulfeto de tântalo (TaS 2 ) superrede molecular com as regiões supercondutoras e regiões ferromagnéticas em uma única camada atômica. A Figura (B) inclui as imagens de microscopia eletrônica de transmissão de varredura de campo escuro anular de alto ângulo (HAADF-STEM) mostrando o átomo de Co substituído (CoTa) e o átomo de Co de sítio oco (CoHS) dentro do TaS 2 material. A Figura (C) são os gráficos de densidade de spin do TaS 2 monocamada com CoTa (esquerda) e CoHS (direita) mostrando a introdução de ferromagnetismo no TaS 2 material. Crédito:Materiais Avançados
p Os cientistas do NUS demonstraram um método de design químico confinado em espaço interlayer (ICCD) para a síntese de dissulfeto de tântalo dopado com um único átomo (TaS
2 ) superrede molecular, onde o ferromagnetismo foi introduzido com sucesso no TaS supercondutor
2 camadas. p A interação entre supercondutividade e ferromagnetismo cria inúmeros fenômenos físicos exóticos, que pode ser aproveitado para aplicativos de dispositivos de próxima geração. A integração dessas duas fases concorrentes é geralmente obtida empilhando verticalmente camadas supercondutoras e ferromagnéticas, uma após a outra. A síntese controlável de camadas atômicas híbridas que acomodam supercondutividade e ferromagnetismo permanecem um desafio considerável.
p Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof Lu Jiong do Departamento de Química, NUS demonstrou que a incorporação de átomos de cobalto (Co) isolados em TaS supercondutor
2 camadas podem induzir momentos magnéticos locais e acoplamento ferromagnético. Isso cria um material com domínios ferromagnéticos e supercondutores em uma única camada atômica. Em comparação com estruturas convencionais empilhadas verticalmente, integrar essas duas fases concorrentes em uma única camada não só oferece maior flexibilidade no design e fabricação do dispositivo, também abre novas aplicações potenciais.
p A equipe do Prof Lu desenvolveu esta nova abordagem, chamado ICCD, para a intercalação e modificação química simultâneas de 2H-TaS em massa
2 , onde o ferromagnetismo é introduzido no TaS
2 material, mantendo suas propriedades de supercondutividade (Figura A). Inserindo moléculas de tetrabutilamônio no espaço entre as camadas de TaS
2 abre o espaçamento entre eles e permite Co
2+
íons a serem integrados na estrutura. Os pesquisadores descobriram que o Co
2+
íons substituíram o átomo de tântalo (Ta) ou foram adsorvidos em um local oco (entre dois átomos de Ta) (Figura B). Esta estratégia ICCD pode ser potencialmente aplicada a vários íons metálicos, permitindo uma síntese versátil e escalonável de uma classe de superredes moleculares com propriedades personalizadas por meio de modificação interlayer.
p Os resultados experimentais da equipe, juntamente com cálculos teóricos realizados pelo grupo do Prof Yuanping FENG do Departamento de Física, NUS mostram que o orbital selecionado
p -
d a hibridização entre Co e seus vizinhos átomos Ta e S induz momentos magnéticos locais e acoplamento ferromagnético (Figura C), presumivelmente mediada por um mecanismo conhecido como interação de troca Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida.
p Prof Lu disse, "Prevemos que nossas descobertas do projeto químico confinado entre camadas fornecerão uma nova rota química para projetar superrede molecular artificial de materiais em camadas com propriedades exóticas e antagônicas para as funcionalidades desejadas."
