通过分子的星状排列在二维有机材料中产生的磁性

由于其电子之间的强相互作用，由与特定原子级几何形状中的金属原子连接的有机分子组成的二维纳米材料显示出非平凡的电子和磁特性。今天发表的一项新研究表明，由于强电子 - 电子相互作用，二维有机材料中出现了磁性;这些相互作用是材料独特的星状原子尺度结构的直接结果。

这是对原子级薄二维有机材料中电子之间相互作用产生的局部磁矩的首次观察。

这些发现具有应用于基于有机纳米材料的下一代电子产品的潜力，其中电子之间相互作用的调整可以导致广泛的电子和磁性相和特性。

莫纳什大学的研究调查了一种二维金属有机纳米材料，该材料由以 kagome 几何形状排列的有机分子组成，即遵循“星状”图案。

二维金属有机纳米材料由与弱相互作用金属表面(银)上的铜原子配位的二氰基蒽 (DCA) 分子组成。

通过仔细和原子级精确的扫描探针显微镜 (SPM) 测量，研究人员发现二维金属有机结构——其分子和原子构建块本身是非磁性的——承载限制在特定位置的磁矩。

理论计算表明，这种突现磁性是由于特定的 2D kagome 几何结构给出的强电子 - 电子库仑排斥。

“我们认为这对于基于有机材料的未来电子学和自旋电子学技术的发展非常重要，其中电子之间相互作用的调整可以导致对广泛的电子和磁特性的控制，”FLEET CI A/Prof Agustin 说席夫林。

由于破坏性波函数干涉和量子局域化，具有 kagome 晶体结构的 2D 材料的电子可能会受到强库仑相互作用的影响，从而导致广泛的拓扑和强相关电子相。

如此强的电子相关性可以通过磁性的出现来体现，并且直到现在，还没有在原子级薄的二维有机材料中观察到。后者由于其可调性和自组装能力而对固态技术有益。

在这项研究中，通过对近藤效应的观察，揭示了二维 kagome 有机材料中强电子 - 电子库仑相互作用产生的磁性。

“近藤效应是一种多体现象，当磁矩被大量传导电子屏蔽时会发生。例如，来自底层金属，”主要作者和 FLEET 成员 Dhaneesh Kumar 博士说。“而且这种效应可以通过 SPM 技术检测到。”

“我们观察到了近藤效应，并从那里得出结论，二维有机材料必须具有磁矩。然后问题变成了'这种磁性来自哪里?'”

Bernard Field 及其同事的理论模型明确表明，这种磁性是电子之间强库仑相互作用的直接结果。只有当我们将正常的非磁性部分带入二维 kagome 金属有机框架时，才会出现这些相互作用。这些相互作用阻碍了电子配对，未配对电子的自旋会产生局部磁矩。

“这项研究中的理论建模提供了对量子相关性、拓扑相和磁相之间相互作用的丰富性的独特见解。这项研究为我们提供了一些关于如何在 2D kagome材料中控制这些非平凡相的提示。在开创性电子技术中的潜在应用，” FLEET CI A/Prof Nikhil Medhekar 说。

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