Come possiamo manipolare l'interazione dello scambio intermolecolare per ottenere un ordinamento di spin a lungo raggio? La risposta a questa domanda è di grande importanza per comprendere e modulare il comportamento magnetico su scala microscopica e per sviluppare nuovi materiali e dispositivi magnetici macroscopici.
Tuttavia, la temperatura e l’ambiente svolgono un ruolo decisivo nel comportamento magnetico molecolare e nell’ordinamento degli spin. A temperature elevate, il sollevamento termico interrompe l'ordine degli spin e disabilita le interazioni di scambio intermolecolari.
Secondo la previsione della teoria Mermin-Wagner, non esiste un ordinamento magnetico spontaneo a lungo raggio nei sistemi bidimensionali. Pertanto, la realizzazione di materiali molecolari ferromagnetici bidimensionali a temperatura ambiente rimane ancora una sfida in questo campo. Se risolto, sarà vitale non solo per una comprensione fondamentale della natura del magnetismo, ma anche per aprire nuove strade verso una nuova piattaforma di materiale magnetico.
Per affrontare questo problema, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Wu Changzheng del Key Laboratory of Precision and Intelligent Chemistry dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) ha costruito un ordine ferromagnetico a lungo raggio a temperatura ambiente e ha fabbricato un monostrato molecolare di cobaltocene a nido d'ape (Co(Cp)2 ), una forma semplificata di Co(C5 H5 )2 ) in uno spazio intercalare di van der Waals confinato.
I ricercatori hanno sviluppato l'interazione di superscambio vibronico tra Co(Cp)2 molecole e atomi di S basati sul trasferimento dinamico di carica al livello organico-inorganico (Co(Cp)2 /SnS2 ) interfaccia superreticolo, e realizzato un ordine ferromagnetico a lungo raggio tra le molecole organiche, da cui hanno ottenuto gli strati molecolari ferromagnetici bidimensionali ad alta temperatura di transizione (> 400 K) e grande magnetizzazione di saturazione (4 emu.g -1 ) in un campo debole.
I ricercatori sono anche riusciti a caratterizzare l'orientamento dei singoli Co(Cp)2 molecole confinate tra SnS2 strati e assemblaggio strutturale di molecole monostrato a nido d'ape mediante microscopia a scansione di sonda accoppiata con microscopia a scansione a effetto tunnel e microscopia a forza atomica.
Le nubi elettroniche del vicino Co(Cp)2 le molecole si fondevano tra loro per formare elettroni delocalizzati, che meditavano le interazioni di scambio di spin tra Co(Cp)2 molecole.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati su Nature Physics.
Questo lavoro realizza una nuova struttura di solidi magnetici modulando l'ordine di spin molecolare, che dovrebbe fornire soluzioni migliori per applicazioni quali l'elettronica, l'archiviazione di informazioni e l'informatica quantistica.
Ulteriori informazioni: Yuhua Liu et al, Ordine ferromagnetico a lungo raggio a temperatura ambiente in un monostrato molecolare confinato, Fisica naturale (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02312-z
Informazioni sul giornale: Fisica della Natura
Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina
