Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

En lagdelt elektrisk ledende magnet: CrCl2(pyrazine)2 - et lovende nyt regulérbart 2D-materiale

Forskere fra ISA, Institut for Fysik og Astronomi, AU er medforfattere til en artikel offentliggjort i Nature Chemistry 10, 1056-1061 (2018).

20.12.2018 | Ole J. Knudsen

Targetområdet for de nye resultater på ISA, Aarhus Universitet. Foto: ZL, AU

Targetområdet for de nye resultater på ISA, Aarhus Universitet. Foto: ZL, AU

Stoffer som graphene, overgangsmetaller, dichalcogenider og andre todimensionale (2D) materialer har styrket interessen for lagdelte koordinerede faste stoffer.  Især er der stor interesse for 2D stoffer, som opfører sig både som elektriske ledere og magneter, fordi de vil kunne finde anvendelse indenfor kvantemagnetoelektronik og spintronics. Imidlertid har næsten alle disse nye materialer indtil nu været ikke-magnetiske. Halvledere, som er dopede med overgangsmetaller har særlig interesse i forbindelse med spintronicsanvendelser, fordi de har en næsten fuldstændig spinpolarisering. Uheldigvis er det meget svært at kontrollere fordelingen af metalionerne, og det er ikke lykkedes at fremstille stoffer, som rumligt er lav-dimensionale. Især ved molekylbaserede systemer, er der gjort en stor indsats for at forbedre og tilpasse de magnetiske og elektriske egenskaber, og typisk har det kun været muligt at kombinere de to typer egenskaber ved at opbygge lagdelte stoffer, hvor de enkelte lag enten har været magnetiske eller elektrisk ledende.

Krystalstruktur i det 2-dimensionale stof

CrCl2(pyrazine)2. Illustration fra artiklen.

I artiklen beskriver forskerholdet syntetisering af stoffet CrCl2(pyrazine)2. Det er et lagdelt materiale, som er stabilt i luft, som dannes ved en reaktion imellem CrCl2 og pyrazin (pyz). Under ∼ 55 K viser stoffet ferrimagnetiske egenskaber, som viser, at der forekommer stærke magnetiske vekselvirkninger. Ved stuetemperatur viser målinger, at CrCl2(pyz)2 har en ledningsevne på 32 mS cm-1. Det foregår via en hop-baseret transportmekanisme. Egenskaberne fremkommer ved redoxaktivitet i pyrazin-liganden, hvor der sker en udtværing af Cr 3d og pyrazinets π tilstande. Forskerne formoder, at det er kombinationen af redoxaktive ligander og kemisk reducerende paramagnetiske metalioner, som i almindelighed vil kunne føre til justerbare 2D stoffer. Det vil være stoffer, som består af ladningsneutrale lag, som som både vil udvise langtrækkende magnetiske effekter og stor elektronisk ledningsevne.

Opdagelsen er offentliggjort i Nature Chemistry 10, 1056-1061 (2018). The title of the paper is "Formation of the layered conductive magnet CrCl2(pyrazine)2 through redox-active coordination chemistry".

Kontakt:  Zheshen Li zsli@phys.au.dk

ISA, Department of Physics and Astronomy

Institut for Fysik og Astronomi, Offentligheden / Pressen, Medarbejdere, Studerende