是否有吸引力?基片对电子相互作用的影响| ARC未来低能电子技术卓越中心

伯纳德·菲尔德(莫纳什大学)及其工程学院(材料科学与工程系)和科学学院(物理与天文学院)的同事的理论建模

莫纳什大学的一项新研究说明了衬底如何影响二维金属有机框架中的强电子相互作用。

具有强电子相互作用的材料可以应用于节能电子设备。当这些材料被放置在衬底上时，它们的电子性质会因电荷转移、应变和杂化而改变。

该研究还表明，电场和施加的应变可以用来“切换”相互作用的相位，如磁性的开启和关闭，从而在未来的节能电子产品中有潜在的应用。

材料中电子之间的强相互作用会产生磁性和超导性等效应。这些效应在磁存储器、自旋电子学和量子计算中都有应用，使它们成为新兴技术的吸引力。

去年,另一项研究在莫纳什大学发现了在二维金属-有机框架中强烈的电子相互作用。研究人员在这种材料中发现了磁性的特征。他们表明，这种磁性是由于强相互作用而产生的，这种相互作用只有在非磁性成分聚集在一起时才会出现。

这种材料生长在金属衬底上。衬底对材料的生长和测量很重要。

解释:金属有机框架一种由金属原子连接有机分子的晶体物质。金属有机骨架可以通过改变分子或金属原子表现出许多不同的性质。

“当材料生长在银上时，我们观察到这种影响，但当它生长在铜上时，尽管它们非常相似，”伯纳德·菲尔德(伯纳德·菲尔德，莫纳什大学)说，他是早期研究的合著者，也是当前研究的主要作者。

“所以这就引出了一个问题:为什么材料在不同的基底上表现得如此不同?”

研究人员在许多不同的基底上模拟了金属-有机框架，以确定在什么条件下磁性可以出现。

他们还创建了一个简单的模型，准确地描述了原子尺度模拟中的物理现象。该模型允许团队通过对重要参数的良好控制，快速、轻松地探索更广泛的系统。

基板上的二维金属有机框架(MOF)。MOF中的强电子相互作用允许在分子中形成局部磁矩(箭头)。

研究人员发现了决定衬底对电子相互作用影响的三个关键变量:电荷转移、应变和衬底杂化。

电荷转移是指衬底从二维材料中给予或获得电子。当材料的每个分子有一个自由电子时，相互作用的效果最强。
应变是指衬底拉伸或挤压二维材料。当材料被拉伸时，电子很难在分子和原子之间移动，因此它们会经历更强烈的局部相互作用。
杂交是当衬底和二维材料的电子特性由于它们之间的耦合而混合时。金属衬底通常具有较强的杂化，可以抑制磁性。但是绝缘衬底，如原子薄的六方氮化硼，具有非常弱的杂化，并保留了材料中的电子相互作用。

有了这些关键变量的理解，就有可能考虑如何操纵这些变量来控制电子相互作用。

衬底可以通过三个关键变量改变2D MOFs的磁性:电荷转移(可以由电场控制)、应变或杂化。

研究表明，电场可以通过改变电荷转移来开启和关闭磁场。

电场是现有晶体管的工作原理。对磁相进行电气控制对于在电子设备中使用这些材料至关重要。

研究还表明，施加的应变可以打开和关闭磁性。这可以用压电材料来实现。这也是柔性电子产品的一个重要考虑因素。

“该团队正在继续研究二维金属-有机框架中的强相互作用，这为探索应用于节能电子设备的新型量子物理提供了丰富的平台，”该研究的负责人、通讯作者Nikhil Medhekar教授说，“我们正在研究更先进的模拟电子之间强相互作用的方法。”

“这项工作提供了定量预测，使用不同的理论形式，对低维纳米材料在广泛的基材和条件下的电子性质，”合著者a / Agustin Schiffrin教授(莫纳什物理和天文学院)说，他领导了这些材料的实验研究，“这可以指导未来的现实世界的实验，这对实验研究人员来说是极有价值的。”

”衬底支撑的二维金属有机框架的相关磁感应，于npj计算材料2022年11月。(DOI: 10.1038 / s41524 - 022 - 00918 - 0)

这项研究得到了澳大利亚研究理事会(卓越中心和未来奖学金计划)。数值计算的资源由国家计算基础设施(NCI)和Pawsey超级计算中心．

Medhekar教授在FLEET的团队利用各种基于第一性原理的建模技术来研究原子级结构和广泛纳米材料的电子特性之间的联系，包括对下一代电子技术有希望的低维材料。

FLEET是澳大利亚研究委员会资助的研究中心，汇集了100多名澳大利亚和国际专家，开发新一代超低能耗电子产品。

是否有吸引力?衬底对电子相互作用的影响