Comment pouvons-nous manipuler l’interaction d’échange intermoléculaire pour obtenir un ordre de spin à longue portée ? La réponse à cette question est d'une grande importance pour comprendre et moduler le comportement magnétique à l'échelle microscopique et pour développer de nouveaux matériaux et dispositifs magnétiques macroscopiques.
Cependant, la température et l'environnement jouent un rôle décisif dans le comportement magnétique moléculaire et l'ordre des spins. À haute température, le soulèvement thermique perturbe l'ordre des spins et désactive les interactions d'échange intermoléculaire.
Selon la théorie de Mermin-Wagner, il n’existe pas d’ordre magnétique spontané à longue portée dans les systèmes bidimensionnels. Par conséquent, la réalisation de matériaux moléculaires ferromagnétiques bidimensionnels à température ambiante reste encore un défi dans ce domaine. Si elle est résolue, cette question sera vitale non seulement pour une compréhension fondamentale de la nature du magnétisme, mais également pour ouvrir de nouvelles voies vers une nouvelle plate-forme de matériaux magnétiques.
Pour résoudre ce problème, un groupe de recherche dirigé par le professeur Wu Changzheng du Laboratoire clé de chimie de précision et intelligente de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a construit un ordre ferromagnétique à longue portée à température ambiante et a fabriqué une monocouche moléculaire de cobaltocène en nid d'abeille (Co(Cp)2 ), une forme simplifiée de Co(C5 H5 )2 ) dans un espace intercalaire confiné de Van der Waals.
Les chercheurs ont développé l'interaction de superéchange vibronique entre Co(Cp)2 molécules et atomes S basés sur le transfert de charge dynamique au niveau organique-inorganique (Co(Cp)2 /SnS2 ) interface de super-réseau, et ont réalisé un ordre ferromagnétique à longue portée entre des molécules organiques, à partir duquel ils ont obtenu les couches moléculaires ferromagnétiques bidimensionnelles à température de transition élevée (> 400 K) et à grande magnétisation de saturation (4 emu.g -1 ) dans un champ faible.
Les chercheurs ont également réussi à caractériser l'orientation des individus Co(Cp)2 molécules confinées entre SnS2 couches et assemblage structurel d'une molécule monocouche en nid d'abeille par microscopie à sonde à balayage couplée à la microscopie à effet tunnel et à la microscopie à force atomique.
Les nuages d'électrons du Co(Cp)2 voisin les molécules ont fusionné les unes avec les autres pour former des électrons délocalisés, qui méditaient les interactions d'échange de spin entre Co(Cp)2 molécules.
Les résultats de la recherche ont été publiés dans Nature Physics.
Ce travail réalise une nouvelle structure de solides magnétiques en modulant l'ordre de spin moléculaire, ce qui devrait fournir de meilleures solutions pour des applications telles que l'électronique, le stockage d'informations et l'informatique quantique.
Plus d'informations : Yuhua Liu et al, Ordre ferromagnétique à longue portée à température ambiante dans une monocouche moléculaire confinée, Nature Physics (2024). DOI :10.1038/s41567-023-02312-z
Informations sur le journal : Physique de la nature
Fourni par l'Université des sciences et technologies de Chine
