在单层分子超晶格中结合铁磁性和超导性

新加坡国立大学的科学家们展示了一种用于合成单原子掺杂二硫化钽 (TaS 2 ) 分子超晶格的层间空间受限化学设计 (ICCD) 方法，其中铁磁性已成功引入超导 TaS 2层。

超导性和铁磁性之间的相互作用产生了许多奇异的物理现象，可用于下一代设备应用。这两个竞争相的集成通常是通过一个接一个地垂直堆叠超导体和铁磁层来实现的。兼顾超导性和铁磁性的混合原子层的可控合成仍然是一个相当大的挑战。

由新加坡国立大学化学系卢炯教授领导的研究小组已经证明，将孤立的钴 (Co) 原子结合到超导 TaS 2层中可以诱发局部磁矩和铁磁耦合。这会在单个原子层内创建具有铁磁和超导域的材料。与传统的垂直堆叠结构相比，将这两个相互竞争的相集成到单个层中不仅可以提高器件设计和制造的灵活性，而且还开辟了新的潜在应用。

Lu 教授的团队开发了这种称为 ICCD 的新方法，用于块体 2H-TaS 2的同时嵌入和化学改性，其中将铁磁性引入 TaS 2材料，同时保持其超导特性(图 A)。将四丁基铵分子插入到 TaS 2层之间的空间中，打开了它们之间的空间并使 Co 2+离子整合到结构中。研究人员发现，Co 2+离子要么取代了钽 (Ta) 原子，要么被吸附在中空位点(两个 Ta 原子之间)(图 B)。这种 ICCD 策略可以潜在地应用于各种金属离子，通过层间改性实现一类具有定制特性的分子超晶格的通用和可扩展的合成。

该团队的实验结果以及新加坡国立大学物理系冯元平教授团队进行的理论计算表明，Co与其相邻的Ta和S原子之间轨道选择的p - d杂化诱导了局部磁矩和铁磁耦合(图 C)，大概是通过一种称为 Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida 交换相互作用的机制介导的。

卢教授说：“我们设想我们的层间空间受限化学设计的发现将提供一种新的化学途径来设计层状材料的人工分子超晶格，这些材料具有奇特的和对抗性的特性，以获得所需的功能。”

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