Fortes interações entre elétrons podem fazer com que momentos magnéticos locais surjam em materiais orgânicos bidimensionais (2D). Essa percepção vem de um estudo realizado por pesquisadores da Monash University, na Austrália, que criaram um nanomaterial metal-orgânico com suas moléculas organizadas na chamada geometria kagome – uma forma de estrela que consiste em triângulos equiláteros compartilhando cantos. O material e suas propriedades magnéticas incomuns podem ser usados na eletrônica de estado sólido da próxima geração.
Os materiais 2D com uma estrutura de cristal kagome contêm elétrons que se comportam de maneiras incomuns. Por exemplo, as funções de onda dos elétrons podem interferir destrutivamente, resultando em estados eletrônicos altamente localizados nos quais as partículas interagem fortemente umas com as outras. Essas correlações fortes podem levar a uma variedade de fenômenos quânticos, incluindo a ordenação magnética de spins de elétrons desemparelhados que podem produzir, por exemplo, fases ferro ou antiferromagnéticas, líquidos de spin quânticos e fases topológicas anormais. Todas essas fases são úteis para tecnologias avançadas de nanoeletrônica e spintrônica.
Enquanto os físicos já haviam observado fortes correlações elétron-elétron em cristais kagome inorgânicos, eles não o fizeram em sistemas orgânicos. Tais sistemas são atraentes para cientistas de materiais porque podem ser sintetizados usando abordagens versáteis, ajustáveis, escalonáveis e econômicas – por meio de processos de automontagem e coordenação metal-ligante, por exemplo.
O magnetismo deriva da geometria kagome
No novo trabalho, os pesquisadores liderados por Agustin Schiffrin estudaram uma estrutura 2D metal-orgânica (MOF) com uma estrutura que compreende moléculas de dicianoantraceno (DCA) ligadas em uma estrutura kagome por meio de átomos de cobre. O MOF 2D foi colocado em uma superfície prateada. Usando medições de microscopia de varredura atomicamente precisa (SPM), os pesquisadores descobriram que o MOF hospeda momentos magnéticos confinados a locais específicos. Eles apoiaram esses resultados com cálculos teóricos mostrando que o magnetismo é um resultado natural da geometria kagome da estrutura.
Schiffrin explica que a presença desses momentos magnéticos locais se revelou experimentalmente por meio de observações do efeito Kondo. Este fenômeno de muitos corpos ocorre quando os momentos magnéticos são protegidos por um “mar” de elétrons de condução – por exemplo, de um metal subjacente. O efeito pode ser detectado pelo SPM, observa o membro da equipe Dhaneesh Kumar, e sua presença implica que o material deve estar hospedando momentos magnéticos.
Os pesquisadores enfatizam que o magnetismo é uma consequência direta de fortes interações elétron-elétron que só aparecem quando os componentes normalmente não magnéticos do MOF 2D estão dispostos em uma geometria kagome. Essas interações impedem efetivamente o emparelhamento de elétrons, e os spins desses elétrons desemparelhados produzem os momentos magnéticos locais observados.
Eletrônica orgânica
Schiffrin e colegas dizem que suas descobertas podem ajudar no desenvolvimento de eletrônicos de última geração baseados em materiais orgânicos. Isso ocorre porque as correlações quânticas que a equipe descobriu podem ser ajustadas para produzir uma série de fases magnéticas, bem como eletrônicas, todas com propriedades diferentes.
Os pesquisadores enfatizam que o magnetismo é uma consequência direta de fortes interações elétron-elétron que só aparecem quando os componentes normalmente não magnéticos do MOF 2D estão dispostos em uma geometria kagome. Essas interações impedem efetivamente o emparelhamento de elétrons, e os spins desses elétrons desemparelhados produzem os momentos magnéticos locais observados.
Publicado em 02/11/2021 15h57
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