Schematische illustratie van het ontwerpen van tweedimensionale multiferroïsche materialen bij kamertemperatuur door middel van dp-spinkoppeling en symmetriebrekende hexagonale heterocycli. Krediet: Li Xiangyang
Een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Li Xiangyang van het Hefei Institute of Physical Science van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft theoretisch een reeks multiferroïsche materialen voorspeld die kunnen worden toegepast in omgevingen met kamertemperatuur door gebruik te maken van de dp-spinkoppeling gecombineerd met centrumsymmetrie -het doorbreken van organische heterocycli in tweedimensionale (2D) Cr-gebaseerde metaal-organische raamwerken.
De resultaten zijn gepubliceerd in Nano-brieven.
Multiferroïsche materialen, gekenmerkt door het naast elkaar bestaan van twee of drie ferro-orden, zijn uitgegroeid tot een belangrijk onderzoeksplatform dat vooruitgang stimuleert op het gebied van informatieopslag, detectietechnologieën, elektronica en energieconversie. De komst van 2D-materialen heeft het veld van multiferroics nieuw leven ingeblazen en belooft dunnere, efficiëntere en veelzijdige functionaliteiten. Ondanks aanzienlijke vooruitgang op dit gebied is het aantal 2D-multiferroics met magnetisme bij kamertemperatuur echter nog steeds opmerkelijk laag.
Om deze uitdaging te overwinnen, stelden de onderzoekers een nieuwe aanpak voor om 2D multiferroics op kamertemperatuur te bereiken in 2D metaal-organische raamwerken (MOF’s) door gebruik te maken van de dp-spinkoppeling in combinatie met centrumsymmetriebrekende zesledige heterocyclische liganden.
Met behulp van deze methode onderzochten ze 128 verschillende 2D MOF’s en ontdekten ze drie unieke multiferroïsche materialen: Cr(1,2-oxazine)2Cr(1,2,4-triazine)2en Cr(1,2,3,4-trazine)2. Al deze materialen vertonen zowel ferrimagnetisme als ferro/antiferro-elektriciteit bij kamertemperatuur. Aangenomen wordt dat de ferrimagnetische orde bij kamertemperatuur voortkomt uit de sterke dp directe spinkoppeling tussen Cr-kationen en ligandanionen.
Specifiek Cr(1,2-oxazine)2 vertoont ferro-elektrische eigenschappen, terwijl de laatste twee antiferro-elektrische eigenschappen vertonen. Het is indrukwekkend dat elk van deze materialen geschikte barrières bezit voor het schakelen van polarisatie.
“Onze studie biedt een veelbelovend platform voor het ontwerp van 2D multiferroïsche materialen bij kamertemperatuur”, zegt prof. Li Xiangyang.
Meer informatie:
Qingqing Feng et al., Een route naar tweedimensionale organometallische multiferroics bij kamertemperatuur: het huwelijk van d-p-spinkoppeling en het doorbreken van structurele inversiesymmetrie, Nano-brieven (2024). DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c00210
Tijdschriftinformatie:
Nano-brieven
Geleverd door de Chinese Academie van Wetenschappen