有磁性还是无磁性底物对电子相互作用的影响

莫纳什大学的一项新研究说明了底物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产品。当这些材料放置在基板上时，它们的电子特性会因电荷转移、应变和杂化而发生变化。

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

使用基板打开和关闭磁性

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。这些效应可用于磁存储器、自旋电子学和量子计算，使其对新兴技术具有吸引力。

去年，莫纳什大学的另一项研究发现了二维金属有机框架中的强电子相互作用。研究人员在这种材料中发现了磁性特征。他们表明，这种磁性是由于强相互作用而产生的，这种相互作用仅在非磁性成分结合在一起时才存在。

这种材料生长在金属基板上。基材对于材料的生长和测量很重要。

“当材料在银上生长时，我们观察到了这种效应，但在铜上生长时却没有，尽管它们非常相似，”早期研究的合著者和当前研究的主要作者BernardField(Monash)说.

“所以这就引出了一个问题：为什么材料在不同的基材上表现如此不同?”

研究人员在许多不同的基材上模拟了金属有机框架，以确定在什么条件下会出现磁性。

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。该模型使团队能够快速轻松地探索更广泛的系统，并对重要参数进行精细控制。

发现了三个关键变量来确定底物对电子相互作用的影响：电荷转移、应变和底物杂交。

电荷转移是指基板从二维材料中提供或获取电子。当材料每个分子有一个自由电子时，相互作用的效果最强。

应变是指基材拉伸或挤压2D材料。当材料被拉伸时，电子难以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。

杂化是指基板的电子特性和二维材料由于它们之间的耦合而混合。金属基材通常具有强杂化，可以抑制磁性。但是绝缘衬底，例如原子级薄的六方氮化硼，具有非常弱的杂化并保留了材料中的电子相互作用。

了解了关键变量是什么之后，就可以考虑如何操纵这些变量来控制电子相互作用。

研究表明，电场可以通过改变电荷转移来开启和关闭磁性。

电场是现有晶体管的运作方式。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。

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

“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学提供了一个丰富的平台，”通讯作者NikhilMedhekar教授(莫纳什材料科学与工程系)说领导这项研究的人，“我们正在研究更先进的方法来模拟电子之间的强相互作用。”

“这项工作使用不同的理论形式提供了对低维纳米材料在各种基材和条件下的电子特性的定量预测，”共同作者A/AgustinSchiffrin教授(莫纳什物理和天文学学院)说，他领导对这些材料的实验研究，“这可以指导未来的现实世界实验，这对实验研究人员来说极具价值。”