二维电子盐Y2C的电磁各向异性的成因探究.docxVIP

今日化学 PAGE \* Arabic 1 / NUMPAGES \* Arabic 3 二维电子盐Y2C的电磁各向异性的成因探究 █ 前言 关于二维结构的电子盐[Ca2N]+·e-的报导和研究引起了广泛的兴趣，尤其是其阴离子电子在高的电子密度下仍然在二维平面上有高流动性这一特性，使得许多针对其和其类似化合物（金属氮化物、碳化物）的研究广泛展开。这其中，RE2C型的稀土碳化物所形成的电子盐，因经理论计算表明其具有独特的磁性质及各向异性，而引起了学界广泛的关注。但是由于其高质量的单晶体难以被制备，使得实验验证难以进行。此外，对于其阴离子电子的离域性和其独特电学、磁学性质的关系，仍然缺乏讨论。 █ 制备及讨论 ?单晶的制备 作者首先由自旋极化的密度泛函理论(DFT)计算，指出在严格的实验研究中，能明确显示出物理性质上的各向异性的Y2C电子盐单晶，其规格应在厘米级。为制备相应的晶体，他们用浮区融熔法生长出化学计量的Y2C多晶，并将Y金属与石墨芯片以2:1的摩尔比混合以确保化学计量比。多晶体反复熔炼提纯后，用四镜FZ熔融法在高纯度的氩气 (Ar = 99.999%)保护和加压条件(0.3 MPa)下生长棒状单晶。。 ?各向异性探究 图1 Y2C电子盐的衍射图谱和晶体结构示意图 在制得可用于实验研究的单晶之后，作者通过X射线粉末衍射等方法，阐述了该物质的晶体结构（示于图1中）：CY6边缘共享八面体形成正电荷层单位，阴离子电子则在层间流动。 图2 电阻率的实验测量结果示意图 在这种结构的基础下，作者假定在两个方向上的电子流动性都与温度T呈正相关，测量两个方向上的电阻率。发现在2~300 K的温度范围内，其电阻率(ρ)有显著的差别（实验数据示于图2中）。这说明，即使在缺乏磁性元素作为自旋排列的散射源的情况下，在平行于(001)面的各平面内，仍然存在自旋力矩作用下的电子传导的相互作用。 不仅如此，作者还发现，在存在外加磁场的情况下，该晶体在磁化强度(M)对于温度的依赖性上，也存在各向异性。关于这一方面的实验结果显示在图3中，图中清楚地显示出各向异性。 图3 磁化强度的实验测量结果示意图 ?各向异性的成因探究 为了探明这种各向异性的原因，作者对Y2C电子盐晶体进行了自旋极化的DFT计算。计算的结果显示，相较于已经报导过的Ca2N电子盐，Y2C电子盐的电子更加定域化。其载流子和磁性的各向异性正是来源于这些处在二维空间的间隙当中的局域化的电子，它们在沿c轴的方向上更加容易有序排列，从而造成这样的各向异性。而严格的实验也证实了在Y2C电子盐的层状结构间隙中，电子确实被强烈地局域化。 █ 参考文献 Jongho Park, Kimoon Lee, Seung Yong Lee, Chandani N. Nandadasa, Sungho Kim, Kyu Hyoung Lee, Young Hee Lee, Hideo Hosono, Seong-Gon Kim, and Sung Wng Kim Strong Localization of Anionic Electrons at Interlayer for Electrical and Magnetic Anisotropy in Two-Dimensional Y2C Electride J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 615?618 DOI: 10.1021/jacs.6b11950