Ново проучване в университета Монаш показва как субстратите влияят на силните електронни взаимодействия в 2D метало-органични рамки.
Материали със силни електронни взаимодействия могат да имат приложения в енергийно ефективната електроника. Когато тези материали се поставят върху субстрат, техните електронни свойства се променят чрез прехвърляне на заряд, напрежение и хибридизация.
Проучването също така показва, че електрическите полета и приложеното напрежение могат да се използват за “включване” на реакционни фази като магнетизъм и изключване, което позволява потенциални приложения в бъдещата енергийно ефективна електроника.
Включване и изключване на магнетизма с помощта на пиедестали
Силните взаимодействия между електроните в материалите пораждат ефекти като магнетизъм и свръхпроводимост. Тези ефекти се използват в магнитната памет, x-електрониката и квантовите изчисления, което ги прави привлекателни за нововъзникващите технологии.
Миналата година друго проучване на Monash откри силни електронни взаимодействия в двуизмерна метало-органична рамка. Изследователите са открили магнитни пръстови отпечатъци в този материал. Те показаха, че този магнетизъм възниква поради силните взаимодействия, които съществуват само когато немагнитните компоненти са събрани заедно.
Този материал се отглежда върху метална основа. Субстратът е важен за растежа и мащабирането на материала.
Обяснение: Металоорганична структура
Кристално вещество, в което органичните молекули са свързани с метални атоми. MOF могат да проявяват много различни свойства чрез промяна на молекулите или атомите на метала. Разбирането на възбужданията на квазичастиците и техните взаимодействия е от решаващо значение за усилията за контролиране на сложни материали (като високотемпературни свръхпроводници и топологични изолатори), които могат да формират основата на бъдещата електроника с ниска мощност и обработка на квантовата информация.
„Ние наблюдавахме този ефект, когато материалът беше отгледан върху сребро, но не и когато беше отгледан върху мед, въпреки че те са много сходни“, казва Бърнард Фелд (Монаш), съавтор на предишното изследване и водещ автор на настоящото изследване . .
“Така че това повдига въпроса: Защо материалът се държи толкова различно на различни субстрати?”
Изследователите симулираха MOF на много различни субстрати, за да определят условията, при които може да се появи магнетизъм.
Те също така създадоха прост модел, който точно описва физическите явления в симулации в атомен мащаб. Този модел позволи на екипа бързо и лесно да изследва широка гама от системи с прецизен контрол върху важни параметри.
Установено е, че три основни променливи определят ефекта на субстратите върху електронните взаимодействия: пренос на заряд, деформация и хибридизация на субстрата.
- Отговорен трансфер Това е, когато субстратът отдава или отнема електрони от 2D материала. Ефектът от взаимодействията е най-силен, когато материалът има един свободен електрон на молекула.
- усукване Това се случва, когато субстратът разтяга или компресира двуизмерния материал. Когато материалът е разтегнат, електроните трудно се движат между молекулите и атомите, така че изпитват по-силно локални взаимодействия.
- хибридизация Това е, когато електронният характер на субстрата и двуизмерния материал се смесват поради свързването между тях. Металните субстрати често съдържат силна хибридизация, която може да потисне магнетизма. Но изолационните субстрати, като атомно тънкия хексагонален борен нитрид, имат много слаба хибридизация и запазват електронните взаимодействия в материала.
С това разбиране за това какви са ключовите променливи е възможно да се обмисли как да се манипулират тези променливи, за да се контролират електронните взаимодействия.
Проучването показа, че електрическото поле може да включва и изключва магнетизма чрез промяна на преноса на заряда.
Електрическите полета са начинът, по който съществуващите транзистори работят. Електрическият контрол на магнитните фази е жизненоважен за използването на тези материали в електронни устройства.
Проучването също така показа, че приложеното напрежение може да включва и изключва магнетизма. Това може да се постигне с помощта на пиезоелектрични материали. Това също е важно съображение за гъвкавата електроника.
„Екипът продължава да проучва силни взаимодействия в 2D метало-органични рамки, които предоставят богата платформа за изследване на нова квантова физика, приложена към енергийно ефективни електронни устройства“, казва съответният автор професор Никхил Медхакар (Катедра по материалознание и инженерство на Монаш), който ръководи изследването, ние търсим по-напреднали начини за симулиране на силните взаимодействия между електроните.”
Съавторът A/проф. Агустин Шифрин (Училище по физика и астрономия на Монаш), който ръководи експериментални изследвания върху тези материали, казва: „Това може да ръководи бъдещи експерименти в реалния свят, което е от голяма стойност за експерименталните изследователи.“
Това проучване беше подкрепено от Австралийския съвет за научни изследвания (Център за високи постижения и бъдещи програми за стипендии). Ресурсите за числени изчисления бяха предоставени от Националната компютърна инфраструктура (NCI) и суперкомпютърния център Pawsey.