Les scientifiques du NUS ont démontré une méthode de conception chimique intercouche-espace-confiné (ICCD) pour la synthèse de disulfure de tantale dopé à un seul atome (TaS 2 ) superréseau moléculaire, où le ferromagnétisme a été introduit avec succès dans le TaS supraconducteur 2 couches.

L'interaction entre supraconductivité et ferromagnétisme crée de nombreux phénomènes physiques exotiques, qui peut être exploité pour les applications d'appareils de nouvelle génération. L'intégration de ces deux phases concurrentes est généralement réalisée en empilant verticalement des couches supraconductrices et ferromagnétiques l'une après l'autre. La synthèse contrôlable de couches atomiques hybrides qui s'adaptent à la fois à la supraconductivité et au ferromagnétisme reste un défi considérable.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Lu Jiong du département de chimie, NUS a démontré que l'incorporation d'atomes de cobalt (Co) isolés dans le TaS supraconducteur 2 les couches peuvent induire des moments magnétiques locaux et un couplage ferromagnétique. Cela crée un matériau avec des domaines ferromagnétiques et supraconducteurs au sein d'une seule couche atomique. Par rapport aux structures conventionnelles empilées verticalement, l'intégration de ces deux phases concurrentes en une seule couche offre non seulement une flexibilité améliorée dans la conception et la fabrication des dispositifs, il ouvre également de nouvelles applications potentielles.

L'équipe du Prof Lu a développé cette nouvelle approche, appelé ICCD, pour l'intercalation et la modification chimique simultanées du 2H-TaS en vrac 2 , où le ferromagnétisme est introduit dans le TaS 2 matériau tout en conservant ses propriétés supraconductrices (Figure A). Insertion de molécules de tétrabutylammonium dans l'espace entre les couches de TaS 2 ouvre l'espacement entre eux et permet Co ²⁺ ions à intégrer dans la structure. Les chercheurs ont découvert que le Co ²⁺ les ions ont soit remplacé l'atome de tantale (Ta) soit se sont adsorbés sur un site creux (entre deux atomes de Ta) (Figure B). Cette stratégie ICCD peut potentiellement être appliquée à divers ions métalliques, permettant une synthèse polyvalente et évolutive d'une classe de super-réseaux moléculaires avec des propriétés adaptées via la modification intercouche.

Les résultats expérimentaux de l'équipe, ainsi que des calculs théoriques effectués par le groupe du professeur Yuanping FENG du département de physique, Les NUS montrent que l'orbite sélectionnée p - ré l'hybridation entre Co et leurs atomes Ta et S voisins induit des moments magnétiques locaux et un couplage ferromagnétique (Figure C), vraisemblablement médié par un mécanisme connu sous le nom d'interaction d'échange Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida.

Le professeur Lu a dit, "Nous envisageons que nos découvertes de la conception chimique confinée dans l'espace intercouche fourniront une nouvelle voie chimique pour concevoir un super-réseau moléculaire artificiel de matériaux en couches avec des propriétés exotiques et antagonistes pour les fonctionnalités souhaitées."