Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Li Xingxing e dall'accademico Yang Jinlong dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) ha sviluppato strutture metallo-organiche chirali bidimensionali (2D) come semiconduttori Rashba-Dresselhaus (R-D) con ampia suddivisione dello spin. Lo studio è stato pubblicato su Chemical Science .

L'effetto R-D è un fenomeno spontaneo di scissione dello spin causato dall'accoppiamento spin-orbita in un ambiente di rottura della simmetria di inversione dello spazio. L'effetto non richiede che il materiale sia intrinsecamente magnetico, e quindi evita il problema che la temperatura di Curie dei materiali magnetici a bassa dimensionalità è solitamente ben al di sotto della temperatura ambiente.

I semiconduttori con un ampio spin split R-D sono promettenti per la fabbricazione di dispositivi spintronici controllati da campi elettrici. Tuttavia, i semiconduttori R-D 2D attualmente segnalati sono principalmente materiali inorganici e in quantità limitata. Inoltre, i potenziali fattori che influenzano lo spin splitting e i metodi generali per realizzare spin splitting di grandi dimensioni devono ancora essere esplorati.

Negli ultimi anni, la comunità accademica ha iniziato a concentrarsi sulle strutture metallo-organiche chirali 2D (CMOF). I CMOF bidimensionali sono un'importante sottoclasse della famiglia MOF e hanno ricevuto ampia attenzione nella catalisi asimmetrica e nelle applicazioni enantioselettive. Poiché una delle condizioni di base per l'emergere dello spin splitting R-D è la rottura della simmetria di inversione spaziale, i CMOF privi di inversione e simmetria speculare sembrano essere una piattaforma di progettazione naturale. Le domande che i ricercatori dovevano affrontare in questo studio riguardavano se si potesse ottenere una significativa suddivisione dello spin R-D nei CMOF 2D, come ciò potrebbe essere ottenuto e la correlazione tra chiralità ed effetti R-D.

I ricercatori hanno costruito una serie di materiali CMOF utilizzando ligandi inorganici (-I, -Br, -Cl, -F, -CN, -H) atomi di metalli pesanti coordinati (Sr–Sn, Ba–Pb) come nodi e una struttura assiale ligando chirale, un derivato della 4,4'-bipiridina, come linker. Sulla base dei calcoli dei principi primi, una serie di semiconduttori R-D bidimensionali con ampia suddivisione dello spin e grandi costanti di accoppiamento R-D nella banda di valenza sono state teoricamente ottenute mediante una strategia di screening in tre fasi.

È interessante notare che la struttura dello spin nella banda di valenza era sintonizzabile modificando la chiralità della struttura metallo-organica. Infine, i ricercatori hanno identificato cinque elementi chiave per ottenere un ampio spin splitting R-D nelle COMF 2D:(i) chiralità, (ii) ampio accoppiamento spin-orbita, (iii) gap di banda stretto, (iv) bande di valenza e conduzione aventi la stessa simmetria nel punto Г e (v) un forte campo di ligando.

Lo studio rivela i fattori sottostanti che controllano lo spin splitting R–D, che possono favorire il futuro sviluppo di semiconduttori R–D 2D con spin splitting gigante.

Ulteriori informazioni: Shanshan Liu et al, Ottenimento della suddivisione dello spin gigante Rashba-Dresselhaus in strutture metallo-organiche chirali bidimensionali, Scienza chimica (2024). DOI:10.1039/D3SC06636C

Informazioni sul giornale: Scienze chimiche

Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina