【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所計(jì)算物理與量子材料研究部在設(shè)計(jì)具有室溫多鐵性和本征拓?fù)涮匦缘慕饘儆袡C(jī)框架材料方面取得了重要進(jìn)展。研究人員通過在具有d-p自旋耦合的金屬有機(jī)框架材料中引入兼具手性和極性的有機(jī)連接體，理論預(yù)言了一類呈現(xiàn)室溫磁性、手性鐵電性和拓?fù)涮匦缘亩S多功能材料，為下一代自旋電子學(xué)和信息存儲(chǔ)器件的發(fā)展提供了新的思路。相關(guān)結(jié)果以“Designing Chiral Organometallic Nanosheets with Room-Temperature Multiferroicity and Topological Nodes”為題發(fā)表在Nano Letters (Nano Lett., 2025, DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c05408)上。
 

　　多鐵性和磁性拓?fù)洳牧蠟橄乱淮娮有畔⑵骷陌l(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)，并長(zhǎng)期受到科研人員的廣泛關(guān)注。然而，由于較低的居里溫度，大多數(shù)已預(yù)測(cè)或合成的候選材料在實(shí)際應(yīng)用中受到了限制。手性作為材料的一個(gè)重要特性，在手性感知、分子識(shí)別等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。將手性引入多鐵性或磁性拓?fù)洳牧现胁粌H能增強(qiáng)其功能特性，還能激發(fā)新的物理現(xiàn)象。遺憾的是，這方面的研究仍然相對(duì)有限，特別是具備室溫磁性的二維純手性多鐵和磁性拓?fù)洳牧硝r有報(bào)道。此外，實(shí)現(xiàn)手性與多鐵性或拓?fù)涮匦灾g的有效耦合以及調(diào)控，也是一個(gè)極具意義的挑戰(zhàn)。
 

　　為此，研究人員采用具有手性和極化特征的4-(3-羥基吡啶-4-基)吡啶-3-醇 (HPP) 作為有機(jī)連接體，并使用過渡金屬(TM = Cr, Mo, 和 W)作為有機(jī)節(jié)點(diǎn)，預(yù)測(cè)了一類呈現(xiàn)室溫多鐵性和拓?fù)涔?jié)點(diǎn)的純手性TM(HPP)2金屬有機(jī)納米片。該體系的純手性由手性HPP有機(jī)連接體引入，結(jié)構(gòu)手性的變化可以誘導(dǎo)體系外爾聲子的拓?fù)湎嘧?。該體系中的室溫磁性源于TM陽離子與二重態(tài)HPP陰離子之間的強(qiáng)d-p直接自旋耦合，鐵電性則是來源于晶格結(jié)構(gòu)中空間反演對(duì)稱性的破缺?；阼F電性和手性之間的耦合，體系的光吸收和聲子的拓?fù)湫再|(zhì)能夠通過電場(chǎng)得到有效調(diào)控。值得注意的是，這類材料均屬于拓?fù)浞瞧接共牧?，在費(fèi)米能級(jí)附近展現(xiàn)出二次型拓?fù)涔?jié)點(diǎn)。
 

　　基于該工作，研究人員可以通過替換取代基種類、改變金屬節(jié)點(diǎn)類型或調(diào)整晶格種類來獲得更多不同的手性多鐵和磁性拓?fù)洳牧稀Ｉ鲜霾呗圆粌H將手性特征引入了室溫多鐵和磁性拓?fù)洳牧现?，還提供了一種設(shè)計(jì)二維多功能金屬有機(jī)材料的理論框架，為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的推動(dòng)力。
 

　　固體所博士后趙靜為論文的第一作者，固體所李向陽副研究員、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)李星星教授和固體所王賢龍研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院院長(zhǎng)基金等項(xiàng)目的資助。
 

圖. 具有手性、室溫磁性、鐵電性和拓?fù)涮匦缘亩S金屬有機(jī)框架材料示意圖。