據外媒報道，一種由有機分子跟特定原子尺度的金屬原子組成的二維納米材料由於其電子之間的強烈相互作用顯示出非平凡的電子和磁性。日前發表的一項新研究表明，由於強烈的電子-電子相互作用，2D有機材料中出現了磁性，這些相互作用是這種物質獨特的、類似星形的原子尺度結構的直接結果。
這是在原子薄的2D有機材料中首次觀察到由電子間相互作用產生的局域磁矩。
這一發現在基於有機納米材料的下一代電子學中具有應用潛力，在這種材料中，調整電子之間的相互作用可以導致廣泛的電子和磁性相和性質。
2D有機kagome材料中的強電子-電子相互作用
莫納什大學的這項研究調查了一種由有機分子組成的2D金屬有機納米材料，這些分子按照kagome幾何形狀排列，也就是說，遵循“星狀”模式。
該2D金屬有機納米材料由二氰基蒽(DCA)分子跟銅原子在弱相互作用的金屬表面（銀）配位。
通過仔細和原子精確的掃描探針顯微鏡(SPM)測量，研究人員發現2D金屬有機結構–其分子和原子的構建塊本身是非磁性的–具有限制在特定位置的磁矩。
理論計算表明，這種出磁是由2D kagome幾何給出的強電子-電子庫侖斥力引起的。
FLEET CI a / Agustin Schiffrin教授指出：“我們認為這對未來電子學和基於有機材料的自旋電子學技術的發展非常重要，在有機材料中，電子之間的相互作用可以導致控制廣泛的電子和磁性特性。”
通過近藤效應直接探測磁力
由於破壞性波函數干涉和量子局域化，具有kagome晶體結構的2D材料的電子可能受到強烈的庫侖相互作用，導致廣泛的拓撲和強相關的電子相。
這種強烈的電子關聯可以通過磁性的出現來表現出來，直到現在，還沒有在原子薄的2D有機材料中觀察到。由於固態技術的可調性和自組裝能力，後者可以為固態技術帶來好處。
在這項研究中，通過觀察近藤效應揭示了2D kagome有機材料中強電子-電子庫侖相互作用產生的磁性。
“近藤效應是一種多體現象，當磁矩被傳導電子的海洋屏蔽時就會發生。如從底層金屬中提取，”該研究的論文主要作者、FLEET成員Dhaneesh Kumar博士說道，“這種效應可以被SPM技術檢測到。我們觀察了近藤效應並從那裡得出結論，2D有機材料一定具有磁矩。於是問題變成了‘’這種磁力從何而來?’”
Bernard Field及其同事的理論模型清楚地表明，這種磁性是電子間強庫侖相互作用的直接結果。只有當將正常的非磁性部件放入2D kagome金屬-有機框架中時，這些相互作用才會出現。這些相互作用阻礙電子配對，未配對電子的自旋則會產生局域磁矩。
FLEET CI A/Nikhil Medhekar教授表示：“這項研究中的理論建模為豐富的相互作用之間的量子關聯、拓撲和磁相提供了一個獨特的見解。這項研究為我們提供了一些關於如何在開創性的電子技術中潛在應用的2D kagome材料中控制這些非微不足道的相的提示。”