相較于傳統無(wú)機材料的結構剛性，金屬有機框架（MOF）材料因其豐富的金屬節點(diǎn)和廉價(jià)的有機連接體而獨具優(yōu)勢。通過(guò)調節金屬節點(diǎn)和有機連接體的種類(lèi)或者空間網(wǎng)格的類(lèi)型，原則上可以很方便地對材料的電子結構和性能進(jìn)行定制。例如，研究人員前期利用Cr陽(yáng)離子與有機配體陰離子之間的d-p直接自旋耦合作用，在系列二維MOF材料中實(shí)現了室溫亞鐵磁性。在此基礎之上，李向陽(yáng)副研究員與中國科大楊金龍院士團隊李星星課題組合作，進(jìn)一步利用d-p自旋耦合機制結合對稱(chēng)破壞的六元雜環(huán)配體，對128種構建的二維MOFs進(jìn)行了系統性篩選，最終得到了三種同時(shí)具有室溫亞鐵磁性和鐵電性/反鐵電性的金屬有機多鐵材料，即Cr(1,2-噁嗪)2、Cr(1,2,4-三嗪)2和Cr(1,2,3,4-四嗪)2。
這些新材料的室溫磁序介于306至495 K之間，源于Cr陽(yáng)離子和配體環(huán)之間強的d-p直接自旋交換作用。研究還發(fā)現，這些材料都具有合適的鐵電翻轉能壘（0.18- 0.31 eV），其中Cr(1,2-噁嗪)2表現出鐵電性，鐵電極化強度達到4.24 pC/m，而其他兩種材料則展現出反鐵電性。此外，這些MOFs材料均為中等帶隙的雙極磁性半導體，其內部載流子自旋方向可通過(guò)門(mén)電壓方便地進(jìn)行翻轉，為未來(lái)的電子器件設計提供了新的可能性。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院和安徽省的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c00210
圖. 利用d-p自旋耦合與對稱(chēng)破缺六元雜環(huán)設計二維室溫多鐵材料的思路。
