Användningen av redoxaktiva organiska molekyler och magnetiska metalljoner som molekylära byggstenar för material representerar en ny strategi mot nya typer av 2D-material som uppvisar både hög elektronisk ledningsförmåga och magnetisk ordning. Kredit:Kasper Steen Pedersen och We Love People.
Ett internationellt team ledd av adjunkt Kasper Steen Pedersen, DTU Kemi, har syntetiserat ett nytt nanomaterial med elektriska och magnetiska egenskaper som gör det lämpligt för framtida kvantdatorer och andra applikationer inom elektronik.
Krom-klorid-pyrazin (kemisk formel CrCl 2 (pyrazin) 2 ) är ett skiktat material, som är en föregångare till ett så kallat 2-D-material. I princip, ett 2D-material har en tjocklek på bara en enda molekyl och detta leder ofta till egenskaper som skiljer sig mycket från samma material i en normal 3D-version; inte minst av vilka, de elektriska egenskaperna kommer att skilja sig åt. I ett 3D-material, elektroner kan ta vilken riktning som helst, i ett 2-D-material kommer de att vara begränsade till att röra sig horisontellt – så länge som elektronens våglängd är längre än tjockleken på 2-D-skiktet.
Organisk/oorganisk hybrid
Grafen är det mest kända 2D-materialet. Grafen består av kolatomer i en gitterstruktur, som ger sin anmärkningsvärda styrka. Sedan den första syntesen av grafen 2004, hundratals andra 2D-material har syntetiserats, varav några kan vara kandidater för kvantelektronikapplikationer. Dock, romanmaterialet bygger på ett helt annat koncept. Medan de andra kandidaterna alla är oorganiska - precis som grafen - är krom-klorid-pyrazin ett organiskt/oorganiskt hybridmaterial.
"Materialet markerar en ny typ av kemi, där vi kan ersätta olika byggstenar i materialet och därigenom modifiera dess fysikaliska och kemiska egenskaper. Detta kan inte göras i grafen. Till exempel, man kan inte välja att ersätta hälften av kolatomerna i grafen med en annan sorts atom. Vårt tillvägagångssätt tillåter att designa egenskaper mycket mer exakt än vad som är känt i andra 2D-material, " förklarar Kasper Steen Pedersen.
Användningen av redoxaktiva organiska molekyler och magnetiska metalljoner som molekylära byggstenar för material representerar en ny strategi mot nya typer av 2D-material som uppvisar både hög elektronisk ledningsförmåga och magnetisk ordning. Kredit:Kasper Steen Pedersen och We Love People.
Förutom de elektriska egenskaperna, även de magnetiska egenskaperna i krom-klorid-pyrazin kan utformas exakt. Detta är särskilt relevant i förhållande till "spintronics".
"Medan i normal elektronik, endast laddningen av elektronerna används, Men även elektronspin – som är en kvantmekanisk egenskap – används inom spintronik. Detta är mycket intressant för kvantberäkningstillämpningar. Därför, utveckling av material i nanoskala som är både ledande och magnetiska är mest relevant, " konstaterar Kasper Steen Pedersen.
En ny värld av 2D-material
Förutom kvantberäkning, krom-klorid-pyrazin kan vara av intresse i framtida supraledare, katalysatorer, batterier, bränsleceller, och elektronik i allmänhet.
Företag är inte angelägna om att börja producera materialet direkt, forskaren betonar:"Inte än, åtminstone! Detta är fortfarande grundforskning. Eftersom vi föreslår ett material syntetiserat från ett helt nytt tillvägagångssätt, ett antal frågor förblir obesvarade. Till exempel, Vi kan ännu inte fastställa graden av stabilitet hos materialet i olika tillämpningar. Dock, även om krom-klorid-pyrazin av någon anledning skulle visa sig olämplig för de olika möjliga tillämpningarna, de nya principerna bakom dess syntes kommer fortfarande att vara relevanta. Det här är dörren till en ny värld av mer avancerade 2D-material som öppnar sig."
