第一作者：Benjamin Lowe

通訊作者：Ben J. Powell, Nikhil V. Medhekar, Agustin Schiffrin

通訊單位：莫納什大學(xué)，昆士蘭大學(xué)

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材料中的電子-電子相互作用導(dǎo)致奇異的量子多體現(xiàn)象，包括莫特金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變（MITs）、磁性、量子自旋液體和超導(dǎo)性。這些相取決于電子能帶占據(jù)情況，并且可以通過(guò)化學(xué)勢(shì)來(lái)控制。二維（2D）和具有kagome晶格的層狀材料中的平帶增強(qiáng)了電子相關(guān)性。盡管理論上已經(jīng)預(yù)測(cè)到，但具有kagome結(jié)構(gòu)的單層2D金屬有機(jī)骨架（MOFs）中的相關(guān)電子Mott絕緣相尚未在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)。

研究團(tuán)隊(duì)在2D絕緣體上合成了一種2D?kagome結(jié)構(gòu) MOF，并使用掃描隧道顯微鏡（STM）和光譜學(xué)揭示了MOF的電子能隙約為200 meV，與動(dòng)態(tài)平均場(chǎng)理論（DMFT）預(yù)測(cè)的莫特絕緣體一致。

通過(guò)模板誘導(dǎo)和STM探針誘導(dǎo)的門(mén)控，研究者們能夠局部調(diào)節(jié)MOF kagome帶的電子密度，并誘導(dǎo)莫特MITs。這些發(fā)現(xiàn)為基于電靜控制的2D MOF中的量子多體相技術(shù)的發(fā)展提供了可能。

圖文導(dǎo)讀

圖1：原子薄級(jí)絕緣體上的2D kagome MOF：Cu(111)上單層hBN上的DCA₃Cu₂。

圖2：hBN/Cu(111)上DCA₃Cu₂?MOF的帶隙Eg≈200meV。

圖3：hBN/Cu(111) moiré圖案引起的DCA₃Cu₂?MOF中Mott能隙的變化。

圖4：通過(guò)STM尖端誘導(dǎo)的門(mén)控在moiré導(dǎo)線區(qū)域控制莫特金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變的過(guò)程。

總結(jié)展望

本文展示了在單層2D kagome MOF中通過(guò)局部靜電控制莫特金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變的能力，與理論預(yù)測(cè)非常吻合。研究表明，通過(guò)模板和尖端誘導(dǎo)的門(mén)控，可以在單層MOF中實(shí)現(xiàn)莫特MITs。

本工作不僅證明了單層DCA₃Cu₂ MOF可以作為莫特絕緣體，而且還表明了通過(guò)電靜調(diào)節(jié)化學(xué)勢(shì)來(lái)控制相變的可能性。這些發(fā)現(xiàn)為將2D MOFs作為活性材料集成到類似器件的架構(gòu)中提供了有希望的一步，為電子學(xué)、自旋電子學(xué)和信息處理存儲(chǔ)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了誘人的前景。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Local gate control of Mott metal-insulator transition in a 2D metal-organic framework

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-47766-8