Cientistas alcançam divisão gigante de spin Rashba-Dresselhaus em estruturas metal-orgânicas quirais 2D

Cinco elementos-chave para obter uma grande divisão de spin R-D. Crédito:Ciência Química (2024). DOI:10.1039/D3SC06636C

Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Li Xingxing e pelo acadêmico Yang Jinlong da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) desenvolveu estruturas metal-orgânicas quirais bidimensionais (2D) como semicondutores Rashba-Dresselhaus (RD) com grande divisão de spin. O estudo foi publicado na Chemical Science .

O efeito RD é um fenômeno espontâneo de divisão de spin causado pelo acoplamento spin-órbita em um ambiente de quebra de simetria por inversão de espaço. O efeito não exige que o material seja inerentemente magnético e, assim, evita o problema de que a temperatura Curie de materiais magnéticos de baixa dimensão esteja geralmente bem abaixo da temperatura ambiente.

Semicondutores com grande divisão de spin RD são promissores para a fabricação de dispositivos spintrônicos controlados por campo elétrico. No entanto, os semicondutores 2D R-D atualmente relatados são principalmente materiais inorgânicos e em quantidade limitada. Além disso, os fatores potenciais que afetam a divisão de spin e os métodos gerais para realizar uma grande divisão de spin ainda precisam ser explorados.

Nos últimos anos, a comunidade acadêmica começou a se concentrar em estruturas metal-orgânicas quirais 2D (CMOFs). Os CMOFs bidimensionais são uma subclasse importante da família MOF e têm recebido ampla atenção em catálise assimétrica e aplicações enantiosseletivas. Como uma das condições básicas para o surgimento da divisão de spin RD é a quebra da simetria de inversão espacial, os CMOFs sem inversão e simetria de espelho são uma plataforma de design natural. As questões a serem abordadas pelos pesquisadores neste estudo eram se a divisão significativa do spin RD poderia ser alcançada em CMOFs 2D, como isso poderia ser alcançado e a correlação entre a quiralidade e os efeitos RD.

Os pesquisadores construíram uma série de materiais CMOFs utilizando ligantes inorgânicos (-I, -Br, -Cl, -F, -CN, -H) átomos de metais pesados coordenados (Sr – Sn, Ba – Pb) como nós, e um axialmente ligante quiral, um derivado de 4,4'-bipiridina, como ligante. Com base em cálculos de primeiros princípios, uma série de semicondutores RD bidimensionais com grande divisão de spin e grandes constantes de acoplamento RD na banda de valência foram teoricamente obtidas por uma estratégia de triagem de três etapas.

Curiosamente, a textura do spin na banda de valência foi ajustável alterando a quiralidade da estrutura metal-orgânica. Finalmente, os pesquisadores identificaram cinco elementos-chave para obter grande divisão de spin RD em COMFs 2D:(i) quiralidade, (ii) grande acoplamento spin-órbita, (iii) intervalo de banda estreito, (iv) bandas de valência e condução com a mesma simetria no ponto Г e (v) forte campo de ligante.

O estudo revela os fatores subjacentes que controlam a divisão de spin R – D, o que pode beneficiar o desenvolvimento futuro de semicondutores R – D 2D com divisão de spin gigante.

Mais informações: Shanshan Liu et al, Obtendo divisão de spin Rashba-Dresselhaus gigante em estruturas metal-orgânicas quirais bidimensionais, Chemical Science (2024). DOI:10.1039/D3SC06636C
Informações do diário: Ciência Química

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