La figura (A) fornisce un'illustrazione schematica del metodo di progettazione chimica confinata nello spazio intercalare (ICCD) per la sintesi del disolfuro di tantalio (TaS 2 ) superreticolo molecolare con le regioni superconduttive e ferromagnetiche in un unico strato atomico. La figura (B) include le immagini di microscopia elettronica a trasmissione a scansione di campo oscuro anulare ad alto angolo (HAADF-STEM) che mostrano l'atomo di Co sostituito (CoTa) e l'atomo di Co a sito cavo (CoHS) all'interno del TaS 2 Materiale. La figura (C) sono i grafici della densità di spin del TaS 2 monostrato con CoTa (a sinistra) e CoHS (a destra) che mostra l'introduzione del ferromagnetismo nel TaS 2 Materiale. Credito:materiali avanzati
Gli scienziati del NUS hanno dimostrato un metodo di progettazione chimica confinata nello spazio interstrato (ICCD) per la sintesi di disolfuro di tantalio drogato con un singolo atomo (TaS 2 ) superreticolo molecolare, dove il ferromagnetismo è stato introdotto con successo nel superconduttore TaS 2 strati.
L'interazione tra superconduttività e ferromagnetismo crea numerosi fenomeni fisici esotici, che può essere sfruttato per applicazioni di dispositivi di nuova generazione. L'integrazione di queste due fasi concorrenti viene solitamente ottenuta impilando verticalmente uno dopo l'altro strati di superconduttore e ferromagnetico. La sintesi controllabile di strati atomici ibridi che ospitano sia la superconduttività che il ferromagnetismo rimane una sfida considerevole.
Un gruppo di ricerca guidato dal Prof Lu Jiong del Dipartimento di Chimica, NUS ha dimostrato che l'incorporazione di atomi di cobalto (Co) isolati in TaS . superconduttore 2 strati possono indurre momenti magnetici locali e accoppiamento ferromagnetico. Questo crea un materiale con domini ferromagnetici e superconduttori all'interno di un singolo strato atomico. Rispetto alle tradizionali strutture impilate verticalmente, l'integrazione di queste due fasi in competizione in un singolo strato non solo offre una maggiore flessibilità nella progettazione e fabbricazione del dispositivo, apre anche nuove potenziali applicazioni.
Il team del Prof Lu ha sviluppato questo nuovo approccio, chiamato ICCD, per la simultanea intercalazione e modificazione chimica di bulk 2H-TaS 2 , dove il ferromagnetismo viene introdotto nel TaS 2 materiale pur mantenendo le sue proprietà di superconduttività (Figura A). Inserimento di molecole di tetrabutilammonio nello spazio tra gli strati di TaS 2 apre lo spazio tra di loro e consente a Co 2+ ioni da integrare nella struttura. I ricercatori hanno scoperto che il Co 2+ gli ioni hanno sostituito l'atomo di tantalio (Ta) o sono stati adsorbiti in un sito cavo (tra due atomi di Ta) (Figura B). Questa strategia dell'ICCD può essere potenzialmente applicata a vari ioni metallici, consentendo una sintesi versatile e scalabile di una classe di superreticoli molecolari con proprietà personalizzate tramite modifica interstrato.
I risultati sperimentali del team, insieme ai calcoli teorici effettuati dal gruppo del Prof Yuanping FENG del Dipartimento di Fisica, NUS mostrano che l'orbitale selezionato P - D l'ibridazione tra Co e i loro vicini atomi di Ta e S induce momenti magnetici locali e accoppiamento ferromagnetico (Figura C), presumibilmente mediato attraverso un meccanismo noto come interazione di scambio Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida.
Il professor Lu ha detto, "Prevediamo che le nostre scoperte sul design chimico confinato nello spazio intercalare forniranno una nuova via chimica per progettare un superreticolo molecolare artificiale di materiali stratificati con proprietà esotiche e antagoniste per le funzionalità desiderate".
