Химическое нарушение симметрии обеспечивает управляемое переключение магнитных упорядоченных состояний

Разработка низкоразмерных магнитных материалов, сочетающих легкость управления ферромагнетиков с высокой стабильностью, плотностью и сверхбыстрой динамикой антиферромагнетиков, является ключевой потребностью для устройств хранения и обработки информации следующего поколения. Нетрадиционные полностью компенсированные магниты, такие как альтермагнетики и полностью компенсированные ферримагнетики, обладают нулевым суммарным магнитным моментом и спин-расщеплением, что снижает паразитные магнитные поля и поддерживает эффективное считывание и запись. Однако экспериментальное подтверждение собственных двумерных нетрадиционных полностью компенсированных магнитов отсутствует, а контролируемое переключение между альтермагнитным и полностью компенсированным ферримагнитным состояниями остается серьезной проблемой.

Исследователи установили, что химическое нарушение симметрии служит эффективным механизмом связи между двумя магнитными упорядоченными состояниями. С помощью анализа симметрии, теории сильной связи и расчетов из первых принципов они обнаружили, что решетка Каира в виде пятиугольника может служить универсальной платформой альтермагнитного порядка. На основе этого был спроектирован и создан двумерный металлоорганический каркас penta-CrPc MOF с подтвержденным альтермагнитным основным состоянием. Путем сайт-селективной функционализации удалось осуществить контролируемый переход от альтермагнитного состояния к полностью компенсированному ферримагнитному. Химическая функционализация устраняет инверсию знака спин-расщепления в импульсном пространстве, усиливает аномальный эффект Холла и активирует магнитооптический эффект Керра, открывая новые возможности для электрического и оптического зондирования и управления состояниями с нулевой намагниченностью.

Данная работа раскрывает внутреннюю взаимосвязь между альтермагнитным и полностью компенсированным ферримагнитным состояниями и устанавливает новый путь переключения магнитных упорядоченных состояний посредством химической функционализации. Высокая дизайнерская гибкость 2D MOF в отношении решетки, химического состава и координационного окружения обеспечивает идеальную платформу для инженерии симметрии, управления спин-расщеплением и мультифизической интеграции, закладывая теоретическую основу для создания материалов для энергоэффективных спинтронных устройств.