Fig. 1. Strukturell karaktärisering av Ni1−x Cox PS3 (0 ≤ x <0,5) NS.(A) Kristallstrukturmodell av dubbelskikts Ni1−x Cox PS3 med ett par angränsande oktaedriska koordinationsenheter (nederst). (B) Pulverröntgendiffraktionsmönster (PXRD) för olika Ni1−x Cox PS3 NS-prover i jämförelse med standard monoklinisk NiPS3 (PDF #33-0952) och CoPS3 (PDF #78-0498). Den breda toppen vid 2θ ~26o i alla PXRD-mönster kommer från kolduken. a.u., godtyckliga enheter. (C) Energidispersiv spektroskopi (EDS) kartläggning och (D) motsvarande spektrum av en Ni0,68 Co0,32 PS3 NS visar enhetlig fördelning av beståndsdelar. (E) HAADF-STEM-bild av en Ni0,68 Co0,32 PS3 nanoark som samlats in från Ni0,68 Co0,32 PS3 NS-prov på kolduk som visas i den infällda SEM-bilden. (F) SAED-mönster för Ni0,68 Co0,32 PS3 nanoark längs [001] zonaxeln. (G) Atomkraftmikroskopibild av en Ni0,68 Co0,32 PS3 NS överförs till Si/SiO2 substrat, som visar en tjocklek ~5,6 nm. (G) Ramanspektra av olika Ni1−x Cox PS3 (0 ≤ x <0,5) NS. Kredit:DOI:10.1126/sciadv.abj4086
Ett svagt ferromagnetiskt (FM) jordtillstånd vid låg temperatur i fålagers van der Waals (vdW) magnetiskt Ni1-x Cox PS3 nanoark som innehåller vakanser för svavel (Sv ) upptäcktes av ett forskarlag ledd av Prof. He Jun från National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS), i samarbete med Prof. Jin Song från University of Wisconsin-Madison. Detta arbete publicerades i Science Advances .
Övergångsmetallfosfortrikalkogenider (MPX3 X=S eller Se; M =Mn, Fe, Co, Ni, etc.), som representanter för tvådimensionella (2D) vdW magnetiska material, har fått stor uppmärksamhet inom olika områden, inklusive supraledning, optoelektronik och katalys. I synnerhet NiPS3 uppvisar spännande kvantegenskaper på grund av de inneboende starka laddningssnurrkorrelationseffekterna. Det är ett antiferromagnetiskt (AFM) material med en modell Hamiltonian av typen XXZ.
I denna studie fann forskare att förekomsten av kristalldefekter i kemiskt syntetiserad Ni1-x Cox PS3 nanoark, d.v.s. vakanser för svavel (Sv ), kan undertrycka den starka antiferromagnetiska utbytesinteraktionen (J3) i NiPS3 , och Co-substitutionen minskar bildningsenergin för Sv under syntesprocessen.
Dessutom fann de att konverteringssyntesen för Ni1-x Cox PS3 nanoblad är nödvändiga för att främja bildandet av Sv . Sv tycks inte existera i tillräcklig mängd i kemisk ångtransport odlad enkristall. Närvaron av Sv i Ni1-x Cox PS3 nanosheets ledde till undertryckandet av långväga AFM-korrelationer medan andra konkurrerande ferromagnetiska utbytesinteraktioner dominerar vid låga temperaturer, vilket skapar ett magnetiskt frustrerat system.
Som en konsekvens är det magnetiska fältet som krävs för att ställa in detta defektmedierade ferromagnetiska tillstånd (<300 oersted) mycket lägre än värdet som behövs för att ställa in en typisk vdW antiferromagnet (> flera tusen oersted), vilket gjorde dessa nanoark mer tilltalande för spintroniska applikationer.
Teoretiskt, i korrelerad NiPS3 , den halvfyllda Ni e g orbitaler kopplade med halvfyllda S 3p orbitaler, som förmedlar elektronringningen mellan angränsande Ni-ställen genom superutbytesinteraktion. På grund av den negativa laddningsöverföringsenergin överför S-liganden en elektron till den halvfyllda e g Ni 3d orbital för att bilda en d 9 L grundtillstånd, nämligen negativ laddningsöverföring (NCT) tillstånd. NCT-tillståndet dominerar också mellan antiferromagnetiskt inriktade angränsande Ni-atomer. I det här fallet, närvaron av Sv kan påverka den elektroniska korrelationen och sedan ställa in den magnetiska ordningen i korrelerad NiPS3 .
Dessa fynd ger en mindre utforskad väg för att kontrollera konkurrerande korrelerade tillstånd och magnetisk ordning genom defektteknik i 2D vdW-magneter. + Utforska vidare
