Một nghiên cứu mới tại Đại học Monash minh họa cách chất nền ảnh hưởng đến tương tác điện tử mạnh trong khung hữu cơ kim loại hai chiều.
Vật liệu có tương tác điện tử mạnh có thể có ứng dụng trong thiết bị điện tử tiết kiệm năng lượng. Khi các vật liệu này được đặt trên một chất nền, các đặc tính điện tử của chúng bị thay đổi do sự truyền điện tích, biến dạng và lai hóa.
>> Tham khảo: Vật liệu thế hệ mới thay đổi hành vi dựa trên kinh nghiệm trước đó.
Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng điện trường và biến dạng ứng dụng có thể được sử dụng để ‘chuyển đổi’ các pha tương tác như bật và tắt từ tính, cho phép các ứng dụng tiềm năng trong các thiết bị điện tử tiết kiệm năng lượng trong tương lai.
BẬT VÀ TẮT TỪ TÍNH BẰNG CHẤT nền
Tương tác mạnh giữa các điện tử trong vật liệu làm phát sinh các hiệu ứng như từ tính và hiện tượng siêu dẫn. Những hiệu ứng này được sử dụng trong bộ nhớ từ tính, điện tử học spin và điện toán lượng tử, khiến chúng trở nên hấp dẫn đối với các công nghệ mới nổi.
Năm ngoái, một nghiên cứu khác tại Monash đã phát hiện ra các tương tác điện tử mạnh trong khung kim loại-hữu cơ 2D. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy dấu hiệu của từ tính trong vật liệu này. Họ đã chỉ ra rằng từ tính này phát sinh do các tương tác mạnh chỉ xuất hiện khi các thành phần không có từ tính được kết hợp với nhau.
Vật liệu này được trồng trên đế kim loại. Chất nền rất quan trọng đối với sự phát triển và đo lường của vật liệu.
>> Tham khảo: Các quy trình chưa từng thấy trước đây tiết lộ con đường dẫn đến hiệu suất pin sạc tốt hơn.
Khung kim loại-hữu cơ
Một vật liệu kết tinh nơi các phân tử hữu cơ được kết nối bởi các nguyên tử kim loại. Khung kim loại-hữu cơ có thể thể hiện nhiều tính chất khác nhau bằng cách thay đổi các phân tử hoặc nguyên tử kim loại. Hiểu được sự kích thích quasiparticle và tương tác của chúng là rất quan trọng đối với nỗ lực kiểm soát các vật liệu phức tạp (chẳng hạn như chất siêu dẫn nhiệt độ cao và chất cách điện tôpô) có thể tạo cơ sở cho quá trình xử lý thông tin lượng tử và điện tử năng lượng thấp trong tương lai.
“Chúng tôi đã quan sát thấy hiệu ứng này khi vật liệu được phát triển trên bạc, nhưng không phải khi nó được phát triển trên đồng, mặc dù chúng rất giống nhau”, Bernard Field (Monash), đồng tác giả của nghiên cứu trước đó và là tác giả chính của nghiên cứu hiện tại cho biết. .
“Vì vậy, điều đó đặt ra câu hỏi: Tại sao vật liệu lại hoạt động khác nhau như vậy trên các chất nền khác nhau?”
Các nhà nghiên cứu đã mô phỏng khung kim loại-hữu cơ trên nhiều chất nền khác nhau để xác định từ tính có thể xuất hiện trong những điều kiện nào.
>> Tham khảo: Bẻ khóa mã hóa học về cách iốt giúp hình thành các đám mây.
Họ cũng tạo ra một mô hình đơn giản mô tả chính xác các hiện tượng vật lý trong mô phỏng quy mô nguyên tử của họ. Mô hình này cho phép nhóm nhanh chóng và dễ dàng khám phá nhiều loại hệ thống hơn với khả năng kiểm soát tốt đối với các thông số quan trọng.
Ba biến chính đã được tìm thấy để xác định ảnh hưởng của chất nền đối với các tương tác điện tử: truyền điện tích, biến dạng và lai hóa chất nền.
- Truyền điện tích là khi chất nền cho hoặc lấy electron từ vật liệu 2D. Hiệu ứng tương tác mạnh nhất khi vật liệu có một electron tự do trên mỗi phân tử.
- Căng là khi chất nền kéo dài hoặc nén vật liệu 2D. Khi vật liệu bị kéo căng, các electron gặp khó khăn trong việc di chuyển giữa các phân tử và nguyên tử, vì vậy chúng gặp phải các tương tác cục bộ mạnh hơn.
- Lai hóa là khi đặc tính điện tử của chất nền và vật liệu 2D được trộn lẫn do sự ghép nối giữa chúng. Chất nền kim loại thường có sự lai hóa mạnh, có thể triệt tiêu từ tính. Nhưng các chất nền cách điện, chẳng hạn như boron nitride hình lục giác mỏng nguyên tử, có khả năng lai hóa rất yếu và bảo toàn các tương tác điện tử trong vật liệu.
Với sự hiểu biết về các biến chính là gì, có thể xem xét cách điều khiển các biến này để kiểm soát các tương tác điện tử.
Nghiên cứu cho thấy một điện trường có thể bật và tắt từ tính bằng cách thay đổi sự truyền điện tích.
Điện trường là cách các bóng bán dẫn hiện có hoạt động. Việc kiểm soát điện của các pha từ tính là rất quan trọng để sử dụng các vật liệu này trong các thiết bị điện tử.
Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng biến dạng áp dụng có thể bật và tắt từ tính. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng vật liệu áp điện. Nó cũng là một cân nhắc quan trọng đối với thiết bị điện tử linh hoạt.
“Nhóm đang tiếp tục điều tra các tương tác mạnh trong khung kim loại-hữu cơ 2D, cung cấp nền tảng phong phú để khám phá vật lý lượng tử mới được áp dụng cho các thiết bị điện tử tiết kiệm năng lượng”, tác giả tương ứng, Giáo sư Nikhil Medhekar (Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Monash) cho biết , người đứng đầu nghiên cứu, “Chúng tôi đang nghiên cứu các phương pháp tiên tiến hơn để mô phỏng tương tác mạnh giữa các electron.”
>> Tham khảo: Sự phát triển của u xơ tử cung được kích hoạt bởi phthalates.
Đồng tác giả A/Prof Agustin Schiffrin (Trường Vật lý và Thiên văn học Monash) cho biết: “Công trình này cung cấp các dự đoán định lượng, sử dụng các hình thức lý thuyết đa dạng, về các tính chất điện tử của vật liệu nano chiều thấp trên nhiều loại chất nền và điều kiện”. dẫn đầu nghiên cứu thực nghiệm về những vật liệu này, “Điều này có thể hướng dẫn các thí nghiệm trong thế giới thực trong tương lai, điều này cực kỳ có giá trị đối với các nhà nghiên cứu thực nghiệm.”
Nghiên cứu này được hỗ trợ thông qua Hội đồng Nghiên cứu Úc (Trung tâm Xuất sắc và các chương trình Học bổng Tương lai). Cơ sở hạ tầng máy tính quốc gia (NCI) và Trung tâm siêu máy tính Pawsey cung cấp tài nguyên cho các phép tính số.
