Descrizione del progetto
Una nuova prospettiva su un materiale ben noto apre le porte all’innovazione
I semiconduttori sono componenti essenziali per la maggior parte dei circuiti elettronici. Come suggerisce il nome, la loro gamma di conducibilità si colloca tra quella di un isolante e quella della maggior parte dei metalli. Mentre il movimento degli elettroni in un circuito genera elettricità, lo spin intrinseco di un elettrone genera un momento magnetico. Data l’importanza della conducibilità e delle interazioni magnetiche in numerosi campi, la bassa conducibilità e la debole interazione magnetica di promettenti strutture metallo-organiche (MOF) in forma 3D ne ha limitato l’applicazione commerciale. A quanto pare, le pellicole MOF in 2D sembrano superare questi problemi, ma gli studi su di esse sono stati molto impegnativi. FC2DMOF intende rompere le barriere alla realizzazione di nuova elettronica e spintronica con la creazione e la caratterizzazione di MOF 2D coniugate, caratterizzate da strutture, proprietà e prestazioni elettroniche e magnetiche senza precedenti.
Obiettivo
Metal-organic frameworks (MOFs) have been highlighted for catalysis, gas storage and separation. However, due to low conductivity (<1E-8 S/cm), weak magnetic interaction as well as difficult device integration, the application of bulk 3D MOFs in (spin-)electronics is challenging. Recent advances disclose that the designs of conjugated 2D MOFs (C2DMOFs) have led to improved intrinsic conductivity (up to 1000 S/cm). However, the related research remains immature due to lack of high-quality film samples, very limited structural types and elusive transport mechanism. In this project, we will develop unprecedented magnetic (semi-)conductive C2DMOFs and accomplish electronic/magnetic structure engineering for functions in electronics and spintronics. Here, we will synthesize novel conjugated monomers to tune geometries and pore sizes of C2DMOFs, thus achieving in-plane engineering on charge and spin distribution. We will develop versatile synthesis strategies towards highly crystalline C2DMOF films/nanosheets: (1) develop solvothermal synthesis and subsequent electrochemical exfoliation of layer-stacked bulk samples into 2D nanosheets; (2) develop air/liquid and liquid/liquid interfacial synthesis of large-area single-/few-layer films; (3) particularly establish a ground-breaking chemical vapor deposition (CVD) synthesis route for “clean” single-crystalline films. We will further establish unprecedented C2DMOF-based 2D-2D van der Waals heterostructures (vdWHs) with other inorganic 2D crystals to realize out-of-plane engineering on band gaps and unique interfacial transport characteristics. By employing the developed C2DMOFs and vdWHs, we will explore magnetism and temperature-/magnetic field-depended charge transport properties. As the key achievements, we expect to establish novel electronic/magnetic structures and general synthesis strategies, delineation of reliable structure-transport relationships and superior device performance of C2DMOFs.
Campo scientifico
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-STG - Starting GrantIstituzione ospitante
01069 Dresden
Germania