通过Surbhi耆那教徒的2022年4月1审核Susha Cheriyedath moran的。
在《华尔街日报》最近发表的一篇文章碳的趋势的控制,研究人员讨论了二维(2 d)的磁性碳基聚合物戈薇。
研究:控制二维碳基戈薇的磁性聚合物。图片来源:yevgeniya.losowski / Shutterstock.com
背景
在过去的十年里,多环共轭等纳米结构碳基triangulenes激起了好奇心,尤其是坚持磁性特征吸附物种正在接受调查。Triangulenes很适合形成2 d戈薇聚合物(KP)拥有graphene-like D3h对称性,从而导致的电特性。
虽然创建一个广泛的磁域2 d使用surface-assisted聚合物合成策略是困难的,最近发现的anti-ferromagnetism triangulene nanostar显然铺平了道路自旋极化的2 d KP的制造系统。尽管如此,乌尔曼偶联已经被用于合成2 d-kp hetero-triangulenes,闭壳构件包括的元素,如氧、氮和硼。
虽然没有实践或理论证据2 d KP的磁性来源于这些封闭外壳hetero-triangulenes,相应的狄拉克和平坦的乐队属性存在。另外,开壳层石墨烯nanoflakes 2 d聚合物,产生多个理论研究声称一个反铁磁性的基态(AFM);其中一个发现了一个有趣的Mott-insulating基态hetero-triangulene-based聚合物。然而,没有观察到铁磁基态(FM)到目前为止任何triangulenes-derived 2 d聚合物。
可调的自旋电子学triangulene-based聚合物。(a - c)不同triangulene-based单体的化学结构。3 B或N原子取代了第一个最近邻原子的中央C原子(C)。未配对电子网站显示了坚实的黑点,而空心黑点代表未配对的孔位在Tr3N (Tr3N-CC)。(d e)戈薇晶格的形成:B-rich triangulene聚合物(d)直接碳碳键和(e)二炔单体之间的链接。中央C原子之间的距离是一个红色箭头所示。虚线框中描述了聚合物的重复单元。相应的总自旋(S)单体和聚合物(旋转/单元)提供参考。图片来源:Anindya, k . N et al .,聚合物
关于这项研究
在这项研究中,作者调查了一个可行的方法控制二维磁性的基于全碳triangulene有机聚合物单体使用采用基于计算。
研究者确定的反铁磁性的基态Kagome-organized triangulene聚合物,也展示了其潜力作为载体的机动性较低的莫脱绝缘体。triangulenes被掺杂氮或硼原子的聚合物的基态转变成一个稳定的铁磁阶段,与反铁磁性的分离阶段的能量。
该团队使用采用基于密度泛函理论(DFT)计算调查triangulenes与氮原子掺杂精度的影响(供体)或硼(受体)共轭2 dkp的磁场和电特性。对于B-rich triangulene-based聚合物,第一个兴奋AFM状态是放置在一个合理的能量差在100 - 200伏的范围从调频基态,三合调频状态和重要载体的机动性。
FM的基态B-rich triangulene未配对电子载体存在的聚合物在中心碳原子。电子能带结构的DM, AFM和调频阶段Tr3B (a)和(b) Tr3B-CC聚合物。两种聚合物显示金属特性在DM阶段,而三联体基态显示了很好的分散,专门为α-spin HOMO-LUMO乐队直接基于碳碳链接器的系统。此外,AFM阶段人类还保留了相对良好的色散Tr3B聚合物。相比之下,中心碳原子之间的时间间隔会导致小色散Tr3B-CC聚合物。图片来源:Anindya, k . N et al .,聚合物
观察
的能带隙值大约2.2 eV基态的全碳triangulene聚合物,以及相应的总磁化,大大超过了B / N-rich聚合物小于1.0 eV。全碳2 d-kp,值t = w / 6 = 0.05 eV计算,其中w是价带顶部的宽度的调频状态,和U = 2.20 eV估计能带的AFM在布里渊区K-point阶段。石墨烯相比,预测的狄拉克带宽只有0.34 eV。
稳定的铁磁相的存在被发现的直接结果电子约束在B / N-rich triangulenes,戈薇的单体的D3h对称模式,曾产生重大影响的电子结构属性。全碳的基态triangulene KP AFM阶段。DFT + U计算表明,B的基态,N-rich triangulenes调频。
尽管他们强大的磁性特征,全碳triangulene聚合物被发现是不理想的自旋极化的传输应用程序由于Mott-insulating基态。2 d-kp由B -和N-rich triangulene,另一方面,有很好的分散在HOMO-LUMO旋转的乐队。此外,观察到对称有极重要的作用在这些2 d-kp nanomagnets;破坏了对称可以大大减少带色散。
电荷密度分布的Γ-point (BZ)在费米能级的基态分子轨道磁阶段直接碳碳基团的聚合物。相应的轨道被显示在图。电荷密度为双重退化乐队的Γ-point BZ总结。等值面已经被设置为0.0005 e / A3插图。(一)Mott-insulating AFM阶段Tr聚合物显示了要么强烈本地化HOMO-LUMOs旋转。特殊的电荷离域一直在观察Tr3B (b)和(c) Tr3N对调频基态自旋,除了β-LUMO Tr3B聚合物(FM阶段),电荷在中部地区主要是局部未配对电子的各个组成单体存在。α-ZMO1 (Tr3N至上ZMO)主要是中心原子周围的离域和掺杂剂网站,而α-ZMO2 ZMO1)(最近的一个是离域主要Tr3N的边缘。图片来源:Anindya, k . N et al .,聚合物
结论
总之,本研究阐明潜在的为调优2 d戈薇聚合物的磁特性与triangulene-based物种通过插入原子掺杂物使用采用基于DFT计算。策略来提高总磁矩通过引入单体之间漫长的间隔器是突出显示。
二维晶格排列的戈薇B-rich triangulene聚合物导致高度分散的自旋极化的半导体乐队和高载体的机动性。B-rich聚合物相比,N-rich铁磁相的聚合物表现出half-metallic行为减少的机动性。作者强调,triangulene-based聚合物可以用于各种各样的应用程序,包括spin-based逻辑器件和量子存储。
他们认为,这项研究的发现可能会刺激更多的努力构建新一代有机spin-based逻辑电路基于自由改变所有的有机的磁性特征2 d-kp。他们还提到,直接带隙的存在在纯triangulenes Mott-insulating基态和三重态基态的B / N-rich triangulenes可能导致量子光开关应用。
源
Anindya k . N。罗什福尔,。,控制二维碳基戈薇的磁性聚合物。碳趋势100170 (2022)。https://www.欧洲杯线上买球sciencedirect.com/science/article/pii/S2667056922000268
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