Fig. 1. Caratterizzazione strutturale di Ni1−x Cox PS3 (0 ≤ x <0,5) NS.(A) Modello della struttura cristallina del doppio strato Ni1−x Cox PS3 con una coppia di unità di coordinamento ottaedriche vicine (in basso). (B) Modelli di diffrazione dei raggi X della polvere (PXRD) di vari Ni1−x Cox PS3 Campioni NS rispetto allo standard monoclinico NiPS3 (PDF n. 33-0952) e CoPS3 (PDF n. 78-0498). L'ampio picco a 2θ ~26o in tutti i modelli PXRD deriva dal tessuto di carbonio. a.u., unità arbitrarie. (C) Mappatura della spettroscopia a dispersione di energia (EDS) e (D) lo spettro corrispondente di un Ni0,68 Co0,32 PS3 NS mostrano una distribuzione uniforme degli elementi costitutivi. (E) Immagine HAADF-STEM di un Ni0,68 Co0,32 PS3 nanosheet raccolto da Ni0,68 Co0,32 PS3 Campione NS su tela di carbonio mostrato nell'immagine SEM nel riquadro. (F) Modello SAED del Ni0,68 Co0,32 PS3 nanosheet lungo l'asse della zona [001]. (G) Immagine al microscopio a forza atomica di un Ni0,68 Co0,32 PS3 NS trasferito su Si/SiO2 substrato, che mostra uno spessore di circa 5,6 nm. (G) Spettri Raman di vari Ni1−x Cox PS3 (0 ≤ x <0,5) NS. Credito:DOI:10.1126/sciadv.abj4086
Un debole stato fondamentale ferromagnetico (FM) a bassa temperatura in Ni1-x magnetico di van der Waals (vdW) a pochi strati Cox PS3 nanosheet contenenti posti vacanti di zolfo (Sv ) è stato scoperto da un gruppo di ricerca guidato dal Prof. He Jun del National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS), in collaborazione con il Prof. Jin Song dell'Università del Wisconsin-Madison. Questo lavoro è stato pubblicato su Science Advances .
Tricalcogenuri di fosforo di metalli di transizione (MPX3 , X=S o Se; M =Mn, Fe, Co, Ni, ecc.), in quanto rappresentanti di materiali magnetici bidimensionali (2D) vdW, hanno guadagnato ampia attenzione in vari campi, tra cui superconduttività, optoelettronica e catalisi. In particolare, NiPS3 mostra intriganti proprietà quantistiche a causa dei forti effetti di correlazione intrinseca di carica-spin. È un materiale antiferromagnetico (AFM) con un modello Hamiltoniano del tipo XXZ.
In questo studio, i ricercatori hanno scoperto che l'esistenza di difetti cristallini nel Ni1-x sintetizzato chimicamente Cox PS3 nanosheet, ovvero posti vacanti sullo zolfo (Sv ), potrebbe sopprimere la forte interazione di scambio antiferromagnetico intrastrato (J3) in NiPS3 , e la sostituzione Co diminuisce l'energia di formazione di Sv durante il processo di sintesi.
Inoltre, hanno scoperto che il processo di sintesi di conversione per Ni1-x Cox PS3 i nanosheet sono necessari per promuovere la formazione di Sv . Sv non sembrano esistere in quantità sufficiente nel trasporto di vapore chimico cresciuto a cristallo singolo. La presenza di Sv in Ni1-x Cox PS3 i nanosheet hanno portato alla soppressione delle correlazioni AFM a lungo raggio mentre altre interazioni di scambio ferromagnetico concorrenti dominano a basse temperature, creando un sistema magneticamente frustrato.
Di conseguenza, il campo magnetico richiesto per regolare lo stato ferromagnetico mediato da questo difetto (<300 oersted) è molto inferiore al valore necessario per regolare un tipico antiferromagnet vdW (> diverse migliaia oersted), il che ha reso questi nanosheet più attraenti per le applicazioni spintroniche.
Teoricamente, in NiPS correlati3 , il Ni e riempito a metà g orbitali accoppiati con S 3p semi-riempiti orbitali, che mediano il cerchio di elettroni tra i siti Ni vicini attraverso l'interazione di superscambio. A causa dell'energia di trasferimento di carica negativa, il ligando S trasferisce un elettrone al e riempito a metà g Ni 3d orbitale per formare un d 9 Stato fondamentale L, ovvero lo stato di trasferimento di carica negativa (NCT). Lo stato NCT domina anche tra atomi di Ni vicini allineati antiferromagneticamente. In questo caso, la presenza di Sv potrebbe influenzare la correlazione elettronica e quindi regolare l'ordinamento magnetico in NiPS3 correlati .
Questi risultati forniscono un percorso meno esplorato per controllare gli stati correlati concorrenti e l'ordinamento magnetico mediante l'ingegneria dei difetti nei magneti 2D vdW. + Esplora ulteriormente
