Figur (A) ger en schematisk illustration av ICCD-metoden (Interlayer-space confined chemical design) för syntes av tantaldisulfid (TaS) 2 ) molekylärt supergitter med de supraledande regionerna och ferromagnetiska regionerna i ett enda atomlager. Figur (B) inkluderar högvinklade ringformiga mörkfältsscanningstransmissionselektronmikroskopbilder (HAADF-STEM) som visar den substituerade Co-atomen (CoTa) och Co-atomen ihålig plats (CoHS) inom TaS 2 material. Figur (C) är spinndensitetsdiagrammen för TaS 2 monolager med CoTa (vänster) och CoHS (höger) som visar införandet av ferromagnetism i TaS 2 material. Kredit:Advanced Materials
NUS-forskare har demonstrerat en ICCD-metod (interlayer-space-confined chemical design) för syntes av enkelatomsdopad tantaldisulfid (TaS) 2 ) molekylärt supergitter, där ferromagnetism framgångsrikt introducerades i den supraledande TaS 2 skikten.
Samspelet mellan supraledning och ferromagnetism skapar många exotiska fysiska fenomen, som kan utnyttjas för nästa generations enhetsapplikationer. Integreringen av dessa två konkurrerande faser uppnås vanligtvis genom att vertikalt stapla supraledare och ferromagnetiska lager efter varandra. Kontrollerbar syntes av hybrida atomlager som rymmer både supraledning och ferromagnetism är fortfarande en stor utmaning.
En forskargrupp ledd av professor Lu Jiong från Institutionen för kemi, NUS har visat att inkorporering av isolerade kobolt (Co) atomer i supraledande TaS 2 lager kan inducera lokala magnetiska moment och ferromagnetisk koppling. Detta skapar ett material med ferromagnetiska och supraledande domäner inom ett enda atomlager. I jämförelse med konventionella vertikalt staplade strukturer, Att integrera dessa två konkurrerande faser i ett enda lager ger inte bara förbättrad flexibilitet i enhetsdesign och tillverkning, det öppnar också upp för nya potentiella tillämpningar.
Prof Lus team utvecklade detta nya tillvägagångssätt, kallas ICCD, för samtidig interkalering och kemisk modifiering av bulk 2H-TaS 2 , där ferromagnetism införs i TaS 2 material samtidigt som det behåller dess supraledningsegenskaper (Figur A). Införande av tetrabutylammoniummolekyler i utrymmet mellan lager av TaS 2 öppnar upp avståndet mellan dem och tillåter Co 2+ joner som ska integreras i strukturen. Forskarna fann att Co 2+ joner ersatte antingen tantalatomen (Ta) eller adsorberades på ett ihåligt ställe (mellan två Ta-atomer) (Figur B). Denna ICCD-strategi kan potentiellt tillämpas på olika metalljoner, möjliggör en mångsidig och skalbar syntes av en klass av molekylära supergitter med skräddarsydda egenskaper via mellanskiktsmodifiering.
Teamets experimentella resultat, tillsammans med teoretiska beräkningar utförda av Prof Yuanping FENGs grupp från institutionen för fysik, NUS visar att orbital-valda sid - d hybridisering mellan Co och deras närliggande Ta- och S-atomer inducerar lokala magnetiska moment och ferromagnetisk koppling (Figur C), förmodligen medierad genom en mekanism känd som Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida utbytesinteraktion.
Prof Lu sa, "Vi föreställer oss att våra resultat av den begränsade kemiska designen mellan skikt och rymd kommer att ge en ny kemisk väg för att konstruera artificiellt molekylärt supergitter av skiktade material med exotiska och antagonistiska egenskaper för önskade funktioner."
