Создан новый класс полупроводниковых магнитов на основе органических каркасов

Химики из Национального университета Сингапура разработали метод синтеза кристаллических ковалентных органических каркасов (COF) с помощью реакций связывания, что позволило создать новый класс полупроводниковых магнитов.

Кристаллические модели spC4-COF: гексагональный spC4-COF-1 (слева), тетрагональный spC4-COF-2 (справа вверху) и кагоме spC4-COF-3 (справа внизу). Автор: Nature Synthesis

Исследовательская группа под руководством профессора Донглина Цзяна разработала метод микропограничной полимеризации, который использует систему из двух несмешивающихся жидкостей для пространственного ограничения мономеров. На границе раздела фаз строительные блоки удерживаются на месте и реагируют более медленно и упорядоченно.

Этот метод позволяет проводить реакции Глейзера–Эглинтона, создавая двумерные COF с углеродными связями, которые образуют повторяющиеся структуры с гексагональной, тетрагональной и кагоме топологиями.

Когда полученные материалы обрабатывают йодом, он забирает часть электронов, образуя подвижные «положительные заряды», которые могут перемещаться по сети материала. Это увеличивает электропроводность на восемь порядков.

Одновременно удаление электронов оставляет после себя крошечные магнитные моменты в определенных точках каркаса. Поскольку внутренняя решетка жесткая, она может удерживать эти спины на месте и заставлять соседние спины взаимодействовать в определённых паттернах, благодаря чему материал может вести себя как парамагнетик, антиферромагнетик или ферромагнетик.

Профессор Цзян заявил: «Наша стратегия окончательно демонстрирует возможность использования реакций связывания для проектирования и построения COF».

Исследование открывает путь к созданию ранее неизвестных структур с новыми свойствами и функциями.