Chemical Design and Magnetic Ordering in Thin Layers of 2D Metal–Organic Frameworks (MOFs)

化学 合理设计 范德瓦尔斯力 金属有机骨架 分子 金属 纳米技术 结晶度 化学物理 配体(生物化学) 混合材料 磁性 结晶学 凝聚态物理 材料科学 有机化学 受体 吸附 物理 生物化学
作者
Javier López‐Cabrelles,Samuel Mañas‐Valero,Íñigo J. Vitórica‐Yrezábal,Makars Šiškins,Martin Lee,Peter G. Steeneken,Herre S. J. van der Zant,Guillermo Mı́nguez Espallargas,Eugenio Coronado
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (44): 18502-18510 被引量:49
标识
DOI:10.1021/jacs.1c07802
摘要

Through rational chemical design, and thanks to the hybrid nature of metal-organic frameworks (MOFs), it is possible to prepare molecule-based 2D magnetic materials stable at ambient conditions. Here, we illustrate the versatility of this approach by changing both the metallic nodes and the ligands in a family of layered MOFs that allows the tuning of their magnetic properties. Specifically, the reaction of benzimidazole-type ligands with different metal centers (MII = Fe, Co, Mn, Zn) in a solvent-free synthesis produces a family of crystalline materials, denoted as MUV-1(M), which order antiferromagnetically with critical temperatures that depend on M. Furthermore, the incorporation of additional substituents in the ligand results in a novel system, denoted as MUV-8, formed by covalently bound magnetic double layers interconnected by van der Waals interactions, a topology that is very rare in the field of 2D materials and unprecedented for 2D magnets. These layered materials are robust enough to be mechanically exfoliated down to a few layers with large lateral dimensions. Finally, the robustness and crystallinity of these layered MOFs allow the fabrication of nanomechanical resonators that can be used to detect─through laser interferometry─the magnetic order in thin layers of these 2D molecule-based antiferromagnets.
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