Los científicos logran una división de espín gigante de Rashba-Dresselhaus en estructuras metálicas-orgánicas quirales 2D

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Li El estudio fue Publicado en ciencia quimica.

El efecto RD es un fenómeno espontáneo de división de espín causado por el acoplamiento espín-órbita en un entorno de ruptura de simetría de inversión espacial. El efecto no requiere que el material sea inherentemente magnético y, por tanto, evita el problema de que la temperatura de Curie de los materiales magnéticos de baja dimensión esté generalmente muy por debajo de la temperatura ambiente.

Los semiconductores con una gran división de espín RD son prometedores para la fabricación de dispositivos espintrónicos controlados por campos eléctricos. Sin embargo, los semiconductores RD 2D que se informan actualmente son principalmente materiales inorgánicos y en cantidades limitadas. Además, aún quedan por explorar los factores potenciales que afectan la división del espín y los métodos generales para llevar a cabo una gran división del espín.

En los últimos años, la comunidad académica ha comenzado a centrarse en las estructuras organometálicas quirales (CMOF) quirales. Los CMOF bidimensionales son una subclase importante de la familia MOF y han recibido amplia atención en catálisis asimétrica y aplicaciones enantioselectivas. Como una de las condiciones básicas para el surgimiento de la división de espín RD es la ruptura de la simetría de inversión espacial, los CMOF libres de simetría especular y de inversión son una plataforma de diseño natural. Las preguntas que debían abordar los investigadores en este estudio eran si se podía lograr una división significativa del espín RD en CMOF 2D, cómo se podía lograr y la correlación entre la quiralidad y los efectos RD.

Los investigadores construyeron una serie de materiales CMOF utilizando ligandos inorgánicos (-I, -Br, -Cl, -F, -CN, -H) átomos de metales pesados ​​coordinados (Sr-Sn, Ba-Pb) como nodos, y un material axialmente quiral. ligando, un derivado de 4,4'-bipiridina, como ligando. Con base en cálculos de primeros principios, se obtuvo teóricamente una serie de semiconductores RD bidimensionales con una gran división de espín y grandes constantes de acoplamiento RD en la banda de valencia mediante una estrategia de detección de tres pasos.

Curiosamente, la textura del espín en la banda de valencia se podía sintonizar cambiando la quiralidad de la estructura organometálica. Finalmente, los investigadores identificaron cinco elementos clave para obtener una gran división de espín RD en COMF 2D: (i) quiralidad, (ii) gran acoplamiento espín-órbita, (iii) banda prohibida estrecha, (iv) bandas de valencia y conducción con la misma simetría. en el punto Г y (v) campo de ligando fuerte.

El estudio revela los factores subyacentes que controlan la división de espín RD, lo que puede beneficiar el desarrollo futuro de semiconductores RD 2D con división de espín gigante.