FERROMAGNETISME DE DUES DIMENSIONS EN UNA XARXA ORGANOMETÀL·LICA D’UNA SOLA CAPA ATÒMICA

Sou a: Inici / Actualitat / NOTÍCIES / FERROMAGNETISME DE DUES DIMENSIONS EN UNA XARXA ORGANOMETÀL·LICA D’UNA SOLA CAPA ATÒMICA
Un equip d'investigació internacional liderat per l'INMA i el CFM, en col·laboració amb la línia de llum BOREAS de l'ALBA, aconsegueix per primera vegada tenir ferromagnetisme bidimensional sobre un marc organometàl·lic, un resultat que s'ha estat buscant durant les dues últimes dècades. Aquesta xarxa organometàl·lica presenta una gran anisotropia magnètica perpendicular, una alta romanència magnètica a temperatures finites i un camp coercitiu molt més gran que qualsevol altre sistema bidimensional reportat. Això la fa a ser candidata a ser l'imant més prim observat fins ara.

IM-Ferrom2D-1
Esquerra: bucle d'histèresi d'àtoms de ferro (Fe) coordinats mesurats en el pla (vermell) i fora del pla (blau). Centre: dependència de la temperatura de la senyal XMCD que mostra una temperatura de Curie de 35 K. Dreta: representació de la orientació de l'espín en romanència de la xarxa organometàl·lica.


Cerdanyola del Vallès, 1 de març 2024 El ferromagnetisme és l'alineament col·lectiu dels espins atòmics que mantenen un moment magnètic net per sota de la temperatura de Curie, fins i tot en absència de camps magnètics externs. En recerca, es va proposar reduir aquesta propietat fonamental a dues dimensions en xarxes de coordinació organometàl·liques (2D-MOCN), ja que presenten tots els ingredients essencials per exhibir ferromagnetisme 2D. Entre d'altres, aquestes 2D-MOCN tenen àtoms metàl·lics magnètics elegibles amb un quenching incomplet del moment orbital magnètic i un espaiat periòdic d'aquests moments magnètics sobre la superfície (no magnètica) a gran escala. També són tècnicament senzills de fabricar seguint protocols d'automuntatge propers a temperatura ambient. Malgrat aquestes propietats rellevants, històricament les 2D-MOCN no han mostrat explícitament tenir ferromagnetisme 2D.

Ara, una combinació d’equips de recerca teòrics i experimentals liderat per l’Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA) a Zaragoza i el Material Physics Centre (CFM) de Donostia-San Sebastián en col·laboració amb la línia de llum BOREAS del Sincrotró ALBA i el Laboratorio de Microscopías Avanzadas de la Universidad de Zaragoza, ha demostrat que el ferromagnetisme cooperatiu estès és factible en una xarxa de coordinació organometàl·lica bidimensional d'una capa d’àtoms de ferro (Fe) i derivats d'antracè sobre or Au(111).

Els resultats són molt notables ja que una escassa quantitat d'àtoms de ferro (un 5% en la composició de la monocapa) produeix un bucle d'histèresi quadrat d'eix fora del pla amb grans camps coercitius de més de 2 Tesla, així com una anisotropia magnètica extraordinària. Aquest ferromagnetisme està impulsat per interaccions d'intercanvi, principalment a través dels enllaços moleculars, que presenten una transició de fase a una temperatura de Curie de Tc ≈ 35 K. L’espín observat i el moment orbital trobat a la xarxa són consistents amb la configuració d6 d'alt gir del Fe(II) (L=S=2), que són prou grans com per donar lloc a una alta anisotropia magnètica uniaxial. És important destacar que la constant d'acoblament d'intercanvi magnètic trobada per a aquest sistema és comparable a la més alta reportada per als ferroimants 2D-van der Waals ultrafins i és sens dubte molt superior a la de tots els altres 2D-MOCN estudiats anteriorment al límit d'una sola capa.

Aquestes troballes s’emmarquen en la llarga recerca de més de dues dècades sobre el ferromagnetisme 2D en MOCN atòmicament primes. Representa així un clar avenç en els camps transversals del magnetisme i la ciència de superfícies. L’equip de recerca espera que augmenti l'interès de la comunitat científica en les 2D-MOCN magnètiques i que desencadeni un treball teòric i experimental de seguiment capaç de conduir a nous sistemes ferromagnètics que presentin temperatures d'ordenació encara més altes amb densitats d'àtoms magnètics molt baixes.

IM-Ferrom2D-2
Imatge general (a) i en primer pla (b) de la xarxa organometàl·lica 2D de Fe i derivats d'antracè en Au (111). En (b) se superposa un model de l'estructura de la xarxa amb les molècules que formen una subestructura de kagome i els adàtoms de Fe (esferes marrons) fent una subxarxa en forma de bresca. Vistes superior i lateral de l'estructura optimitzada de la xarxa 2D organometàl·lica (c) i els isocontorns de densitat d'espín corresponents [vermell (blau) denota el component d'espín majoritari (minoritari)] (d).



Referència: Jorge Lobo-Checa, Leyre Hernández-López, Mikhail M. Otrokov, Ignacio Piquero-Zulaica, Adriana Candia, Pierluigi Gargiani, David Serrate, Fernando Delgado, Manuel Valvidares, Jorge Cerdà, Andrés Arnau, and Fernando Bartolomé. Ferromagnetism on an atom-thick & extended 2D metal-organic coordination network. Nature Communications (2024) 15, 1858. https://doi.org/10.1038/s41467-024-46115-z



arxivat sota: , ,