La structure moléculaire en forme d'étoile « kagome » du matériau métal-organique 2D entraîne de fortes interactions électroniques et des propriétés magnétiques non négligeables (à gauche :image STM, à droite :AFM sans contact). Crédit :FLOTTE
Un nanomatériau 2D constitué de molécules organiques liées à des atomes métalliques dans une géométrie spécifique à l'échelle atomique présente des propriétés électroniques et magnétiques non négligeables dues à de fortes interactions entre ses électrons.
Une nouvelle étude, publié aujourd'hui, montre l'émergence du magnétisme dans un matériau organique 2D dû à de fortes interactions électron-électron; ces interactions sont la conséquence directe du caractère unique du matériau, structure à l'échelle atomique en forme d'étoile.
Il s'agit de la première observation de moments magnétiques locaux émergeant des interactions entre électrons dans un matériau organique 2D atomiquement mince.
Les résultats ont un potentiel d'applications dans l'électronique de nouvelle génération basée sur des nanomatériaux organiques, où le réglage des interactions entre les électrons peut conduire à une vaste gamme de phases et de propriétés électroniques et magnétiques.
Fortes interactions électron-électron dans un matériau kagome organique 2D
L'étude de l'Université Monash a étudié un nanomatériau métal-organique 2D composé de molécules organiques disposées dans une géométrie kagome, C'est, suivant un modèle "en forme d'étoile".
Le nanomatériau métal-organique 2D est constitué de molécules de dicyanoanthracène (DCA) coordonnées avec des atomes de cuivre sur une surface métallique à faible interaction (argent).
Au moyen de mesures de microscopie à sonde à balayage (SPM) précises et atomiquement précises, les chercheurs ont découvert que la structure métal-organique 2D, dont les éléments constitutifs moléculaires et atomiques sont en eux-mêmes non magnétiques, héberge des moments magnétiques confinés à des emplacements spécifiques.
Des calculs théoriques ont montré que ce magnétisme émergent est dû à une forte répulsion coulombienne électron-électron donnée par la géométrie spécifique de kagome 2D.
"Nous pensons que cela peut être important pour le développement de futures technologies électroniques et spintronique basées sur des matériaux organiques, où le réglage des interactions entre les électrons peut conduire à un contrôle sur un large éventail de propriétés électroniques et magnétiques, " déclare FLEET CI A/Prof Agustin Schiffrin.
Confirmation de l'effet Kondo, via des mesures de spectroscopie à effet tunnel de densité d'états électroniques, confirme la présence d'un magnétisme local dans la charpente métal-organique 2D. Crédit :FLOTTE
Sondage direct du magnétisme via l'effet Kondo
Les électrons des matériaux 2D à structure cristalline kagome peuvent être soumis à de fortes interactions coulombiennes dues aux interférences destructrices des fonctions d'onde et à la localisation quantique, conduisant à un large éventail de phases électroniques topologiques et fortement corrélées.
De telles fortes corrélations électroniques peuvent se manifester via l'émergence du magnétisme, et, jusqu'à maintenant, n'ont pas été observés dans les matériaux organiques 2D atomiquement minces. Ces derniers peuvent être avantageux pour les technologies à semi-conducteurs en raison de leur capacité d'accord et d'auto-assemblage.
Dans cette étude, Le magnétisme résultant de fortes interactions électron-électron de Coulomb dans un matériau organique kagome 2D a été révélé via l'observation de l'effet Kondo.
"L'effet Kondo est un phénomène à plusieurs corps qui se produit lorsque les moments magnétiques sont masqués par une mer d'électrons de conduction. Par exemple, à partir d'un métal sous-jacent, ", déclare l'auteur principal et membre de FLEET, le Dr Dhaneesh Kumar. "Et cet effet peut être détecté par des techniques SPM."
"Nous avons observé l'effet Kondo, et à partir de là a conclu que le matériau organique 2D doit héberger des moments magnétiques. La question est alors devenue « d'où vient ce magnétisme ? »"
La modélisation théorique de Bernard Field et ses collègues a montré sans ambiguïté que ce magnétisme est la conséquence directe de fortes interactions coulombiennes entre électrons. Ces interactions n'apparaissent que lorsque nous introduisons les parties normalement non magnétiques dans un cadre métal-organique kagome 2D. Ces interactions entravent l'appariement des électrons, avec des spins d'électrons non appariés donnant lieu à des moments magnétiques locaux.
"La modélisation théorique de cette étude offre un aperçu unique de la richesse de l'interaction entre les corrélations quantiques, et les phases topologiques et magnétiques. L'étude nous fournit quelques indications sur la façon dont ces phases non triviales peuvent être contrôlées dans les matériaux kagome 2D pour des applications potentielles dans les technologies électroniques révolutionnaires, " dit FLEET CI A/Prof Nikhil Medhekar.
