A estrutura molecular tipo estrela 'kagome' do material orgânico de metal 2D resulta em fortes interações eletrônicas e propriedades magnéticas não triviais (esquerda:imagem STM, direita:AFM sem contato). Crédito:FLEET
Um nanomaterial 2D consistindo de moléculas orgânicas ligadas a átomos de metal em uma geometria de escala atômica específica mostra propriedades eletrônicas e magnéticas não triviais devido a fortes interações entre seus elétrons.
Um novo estudo, publicado hoje, mostra o surgimento de magnetismo em um material orgânico 2D devido a fortes interações elétron-elétron; essas interações são a consequência direta da singularidade do material, estrutura em escala atômica semelhante a uma estrela.
Esta é a primeira observação de momentos magnéticos locais emergindo de interações entre elétrons em um material orgânico 2D atomicamente fino.
As descobertas têm potencial para aplicações em eletrônicos de última geração com base em nanomateriais orgânicos, onde o ajuste das interações entre os elétrons pode levar a uma vasta gama de fases e propriedades eletrônicas e magnéticas.
Fortes interações elétron-elétron em um material kagome orgânico 2D
O estudo da Monash University investigou um nanomaterial 2D metal-orgânico composto de moléculas orgânicas dispostas em uma geometria kagome, isso é, seguindo um padrão "semelhante a uma estrela".
O nanomaterial 2D metal-orgânico consiste em moléculas de dicianoantraceno (DCA) coordenadas com átomos de cobre em uma superfície metálica de interação fraca (prata).
Por meio de medições cuidadosas e atomicamente precisas de microscopia de varredura (SPM), os pesquisadores descobriram que a estrutura metal-orgânica 2D - cujos blocos de construção moleculares e atômicos são por si só não magnéticos - hospeda momentos magnéticos confinados em locais específicos.
Cálculos teóricos mostraram que este magnetismo emergente é devido à forte repulsão de Coulomb elétron-elétron dada pela geometria kagome 2D específica.
"Achamos que isso pode ser importante para o desenvolvimento de futuras tecnologias eletrônicas e spintrônicas baseadas em materiais orgânicos, onde o ajuste das interações entre os elétrons pode levar ao controle sobre uma ampla gama de propriedades eletrônicas e magnéticas, "diz FLEET CI A / Prof Agustin Schiffrin.
Confirmação do efeito Kondo, por meio de medições de espectroscopia de tunelamento de varredura de densidade de estados eletrônicos, confirma a presença de magnetismo local na estrutura metal-orgânica 2D. Crédito:FLEET
Sondagem direta de magnetismo por meio do efeito Kondo
Os elétrons de materiais 2D com uma estrutura de cristal kagome podem estar sujeitos a fortes interações de Coulomb devido à interferência destrutiva da função de onda e localização quântica, levando a uma ampla gama de fases eletrônicas topológicas e fortemente correlacionadas.
Essas fortes correlações eletrônicas podem se manifestar por meio do surgimento do magnetismo, e, até agora, não foram observados em materiais orgânicos 2D atomicamente finos. O último pode ser benéfico para tecnologias de estado sólido devido à sua sintonia e capacidade de automontagem.
Neste estudo, magnetismo resultante de fortes interações elétron-elétron Coulomb em um material orgânico kagome 2D foi revelado através da observação do efeito Kondo.
"O efeito Kondo é um fenômeno de muitos corpos que ocorre quando os momentos magnéticos são protegidos por um mar de elétrons de condução. Por exemplo, de um metal subjacente, "diz o autor principal e membro da FLEET, Dr. Dhaneesh Kumar." E este efeito pode ser detectado por técnicas de SPM. "
"Observamos o efeito Kondo, e a partir daí concluiu que o material orgânico 2D deve hospedar momentos magnéticos. A questão então se tornou 'de onde vem esse magnetismo?' "
A modelagem teórica por Bernard Field e colegas mostrou inequivocamente que esse magnetismo é a consequência direta de fortes interações de Coulomb entre elétrons. Essas interações aparecem apenas quando trazemos as partes normalmente não magnéticas em uma estrutura de metal orgânico kagome 2D. Essas interações impedem o emparelhamento de elétrons, com spins de elétrons desemparelhados dando origem a momentos magnéticos locais.
"A modelagem teórica neste estudo oferece uma visão única sobre a riqueza da interação entre as correlações quânticas, e as fases topológica e magnética. O estudo nos fornece algumas dicas sobre como essas fases não triviais podem ser controladas em materiais kagome 2D para aplicações potenciais em tecnologias eletrônicas pioneiras, "diz FLEET CI A / Prof Nikhil Medhekar.
