Une équipe de recherche dirigée par le professeur Li Xingxing et l'académicien Yang Jinlong de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a développé des structures organométalliques chirales bidimensionnelles (2D) comme les semi-conducteurs Rashba-Dresselhaus (R-D) avec une grande division de spin. L'étude a été publiée dans Chemical Science .

L'effet R-D est un phénomène spontané de division de spin provoqué par le couplage spin-orbite dans un environnement de rupture de symétrie par inversion spatiale. Cet effet ne nécessite pas que le matériau soit intrinsèquement magnétique et évite ainsi le problème selon lequel la température de Curie des matériaux magnétiques de faible dimension est généralement bien inférieure à la température ambiante.

Les semi-conducteurs avec une grande division de spin R-D sont prometteurs pour la fabrication de dispositifs spintroniques contrôlés par un champ électrique. Cependant, les semi-conducteurs 2D R-D actuellement signalés sont principalement des matériaux inorganiques et en quantité limitée. De plus, les facteurs potentiels affectant la division de spin et les méthodes générales permettant de réaliser une division de spin importante doivent encore être explorés.

Ces dernières années, la communauté universitaire a commencé à se concentrer sur les structures métal-organiques chirales 2D (CMOF). Les CMOF bidimensionnels constituent une sous-classe importante de la famille des MOF et ont fait l'objet d'une grande attention dans la catalyse asymétrique et les applications énantiosélectives. Étant donné que l’une des conditions fondamentales de l’émergence de la division de spin R-D est la rupture de la symétrie d’inversion spatiale, les CMOF dépourvus d’inversion et de symétrie miroir se révèlent être une plate-forme de conception naturelle. Les questions à aborder par les chercheurs dans cette étude étaient de savoir si une division significative du spin R-D pouvait être obtenue dans les CMOF 2D, comment y parvenir, et la corrélation entre la chiralité et les effets R-D.

Les chercheurs ont construit une série de matériaux CMOF en utilisant des ligands inorganiques (-I, -Br, -Cl, -F, -CN, -H) des atomes de métaux lourds coordonnés (Sr – Sn, Ba – Pb) comme nœuds et un axe axial. ligand chiral, un dérivé de la 4,4'-bipyridine, comme agent de liaison. Sur la base de calculs de principes fondamentaux, une série de semi-conducteurs R-D bidimensionnels avec une séparation de spin importante et de grandes constantes de couplage R-D dans la bande de valence ont été théoriquement obtenues par une stratégie de criblage en trois étapes.

Fait intéressant, la texture de spin dans la bande de valence était réglable en modifiant la chiralité du squelette métallo-organique. Enfin, les chercheurs ont identifié cinq éléments clés pour obtenir une grande division de spin R-D dans les COMF 2D :(i) la chiralité, (ii) un grand couplage spin-orbite, (iii) une bande interdite étroite, (iv) des bandes de valence et de conduction ayant la même symétrie. au point Г, et (v) un champ de ligand fort.

L'étude révèle les facteurs sous-jacents qui contrôlent la division de spin R-D, ce qui peut bénéficier au développement futur de semi-conducteurs R-D 2D avec division de spin géante.

Plus d'informations : Shanshan Liu et al, Obtention d'une division de spin géante Rashba-Dresselhaus dans des cadres métal-organiques chiraux bidimensionnels, Science chimique (2024). DOI :10.1039/D3SC06636C

Informations sur le journal : Science chimique

Fourni par l'Université des sciences et technologies de Chine