澳大利亚领导的一项研究发现，一种新的原子薄材料具有不寻常的绝缘行为，并且能够打开和关闭它。
电子之间具有强相互作用的材料可以表现出不寻常的特性，例如即使在预期导电时也能充当绝缘体。这些绝缘体被称为莫特绝缘体，当电子由于受到附近其他电子的强烈排斥而被冻结时就会出现，从而阻止它们携带电流。
由莫纳什大学FLEET领导的一项新研究本周发表在《自然通讯》杂志上，证明了原子薄金属有机框架(MOF)内的莫特绝缘相，以及可控地将这种材料从绝缘体转变为绝缘体的能力。导体。这种材料作为高效“开关”的能力使其成为晶体管等新型电子设备应用的有希望的候选者。
电子相互作用写在星星上
该研究的核心原子薄(或二维)材料是一种MOF，是一类由有机分子和金属原子组成的材料。
“由于超分子化学方法的多功能性——特别是应用于作为基底的表面——我们有几乎无限数量的组合来从下到上构建具有原子级精度的材料，”通讯作者A/ProfSchiffrin解释道。“在这些方法中，有机分子被用作构建块，通过仔细选择正确的成分，我们可以调整MOF的性能。”
本研究中MOF的重要定制特性是其星形几何形状，称为kagome结构。这种几何形状增强了电子-电子相互作用的影响，直接导致莫特绝缘体的实现。
作者利用铜原子和9,10-二氰基蒽(DCA)分子的组合构建了星形kagomeMOF。他们在另一种原子级薄绝缘材料六方氮化硼(hBN)上生长该材料，并在原子级平坦的铜表面Cu(111)上生长。
“我们使用扫描隧道显微镜和光谱学在原子尺度上测量了MOF的结构和电子特性，”主要作者BenjaminLowe博士解释道，他最近完成了他的博士学位。与舰队。“这使我们能够测量意想不到的能隙——绝缘体的标志。”
作者怀疑实验测量的能隙是莫特绝缘相的特征，通过将实验结果与动态平均场理论计算进行比较，证实了这一点。
FLEET校友BernardField博士与昆士兰大学和冲绳研究所的研究人员合作进行了理论计算，他解释说：“我们计算中的电子签名与实验测量结果非常一致，并提供了莫特绝缘相的确凿证据。”日本科学技术大学院大学博士。
作者还能够通过利用六方氮化硼基板的化学环境和扫描隧道显微镜尖端下方的电场的变化来改变MOF中的电子数量。
当一些电子从MOF中移除时，剩余电子感受到的排斥力就会减少，并且它们会解冻，从而使材料表现得像金属一样。当作者从MOF中移除一些电子时，他们能够从测量的能隙消失中观察到这种金属相。电子数量是可控莫特绝缘体到金属相变的开关。
下一步是什么?
这种MOF通过改变电子数量在莫特绝缘体和金属相之间切换的能力是一个有前途的结果，可以在新型电子设备(例如晶体管)中得到利用。此类应用的下一步有前途的一步是在器件结构中重现这些发现，其中电场均匀地施加在整个材料上。
MOF中的莫特绝缘体易于合成且含有丰富的元素，这也使得这些材料成为进一步研究强相关现象(可能包括超导性、磁性或自旋液体)的有吸引力的候选材料。
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