Fig. 1. Caractérisation structurale de Ni1−x Cox PS3 (0 ≤ x <0.5) NS.(A) Modèle de structure cristalline de la bicouche Ni1−x Cox PS3 avec une paire d'unités de coordination octaédriques voisines (en bas). (B) Modèles de diffraction des rayons X sur poudre (PXRD) de divers Ni1−x Cox PS3 Échantillons NS en comparaison avec le NiPS3 monoclinique standard (PDF #33-0952) et CoPS3 (PDF #78-0498). Le large pic à 2θ ~ 26o dans tous les modèles PXRD provient du tissu de carbone. a.u., unités arbitraires. (C) Cartographie par spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS) et (D) le spectre correspondant d'un Ni0,68 Co0,32 PS3 NS montrent une distribution uniforme des éléments constitutifs. (E) Image HAADF-STEM d'un Ni0.68 Co0,32 PS3 nanofeuillet collecté à partir du Ni0.68 Co0,32 PS3 Échantillon NS sur tissu de carbone montré dans l'image SEM en médaillon. (F) Modèle SAED du Ni0.68 Co0,32 PS3 nanofeuillet le long de l'axe de la zone [001]. (G) Image de microscopie à force atomique d'un Ni0.68 Co0,32 PS3 NS transféré sur Si/SiO2 substrat, montrant une épaisseur d'environ 5,6 nm. (G) Spectres Raman de divers Ni1−x Cox PS3 (0 ≤ x <0,5) NS. Crédit :DOI :10.1126/sciadv.abj4086
Un état fondamental ferromagnétique faible (FM) à basse température dans le Ni1-x magnétique de van der Waals (vdW) à quelques couches Cox PS3 nanofeuillets contenant des lacunes de soufre (Sv ) a été découvert par une équipe de recherche dirigée par le professeur He Jun du National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec le professeur Jin Song de l'Université du Wisconsin-Madison. Ce travail a été publié dans Science Advances .
Trichalcogénures de phosphore de métaux de transition (MPX3 , X =S ou Se; M =Mn, Fe, Co, Ni, etc.), en tant que représentants des matériaux magnétiques vdW bidimensionnels (2D), ont suscité une grande attention dans divers domaines, notamment la supraconductivité, l'optoélectronique et la catalyse. En particulier, NiPS3 présente des propriétés quantiques intrigantes en raison des effets intrinsèques de forte corrélation charge-spin. C'est un matériau antiferromagnétique (AFM) avec un hamiltonien modèle de type XXZ.
Dans cette étude, les chercheurs ont découvert que l'existence de défauts cristallins dans le Ni1-x synthétisé chimiquement Cox PS3 des nanofeuillets, c'est-à-dire des lacunes de soufre (Sv ), pourrait supprimer la forte interaction d'échange antiferromagnétique intracouche (J3) dans NiPS3 , et la substitution Co diminue l'énergie de formation de Sv pendant le processus de synthèse.
En outre, ils ont découvert que le processus de synthèse de conversion pour le Ni1-x Cox PS3 les nanofeuillets sont nécessaires pour favoriser la formation de Sv . Sv ne semblent pas exister en quantité suffisante dans le monocristal développé par transport chimique de vapeur. La présence de Sv dans Ni1-x Cox PS3 les nanofeuilles ont conduit à la suppression des corrélations AFM à longue portée tandis que d'autres interactions d'échange ferromagnétiques concurrentes dominent à basse température, créant un système magnétiquement frustré.
En conséquence, le champ magnétique requis pour régler cet état ferromagnétique médié par défaut (<300 oersted) est bien inférieur à la valeur nécessaire pour régler un antiferromagnétique vdW typique (> plusieurs milliers d'oersted), ce qui a rendu ces nanofeuilles plus attrayantes pour les applications spintroniques.
Théoriquement, dans NiPS3 corrélé , le Ni e à moitié rempli g orbitales couplées avec S 3p à moitié rempli orbitales, qui médie le cerclage d'électrons entre les sites Ni voisins par l'interaction de superéchange. En raison de l'énergie de transfert de charge négative, le ligand S transfère un électron au e à moitié rempli g Ni 3d orbitale pour former un d 9 L'état fondamental, à savoir l'état de transfert de charge négatif (NCT). L'état NCT domine également entre les atomes de Ni voisins alignés de manière antiferromagnétique. Dans ce cas, la présence de Sv pourrait affecter la corrélation électronique, puis régler l'ordre magnétique dans NiPS3 corrélé .
Ces découvertes fournissent une voie moins explorée pour contrôler les états corrélés concurrents et l'ordre magnétique par ingénierie des défauts dans les aimants vdW 2D. Spintronics :Amélioration de l'électronique avec un contrôle de spin plus fin
