Nature子刊：精确控制MOF电子态!

第一作者：Benjamin Lowe

通讯作者：Ben J. Powell, Nikhil V. Medhekar, Agustin Schiffrin

通讯单位：莫纳什大学，昆士兰大学

论文速览

材料中的电子-电子相互作用导致奇异的量子多体现象，包括莫特金属-绝缘体转变（MITs）、磁性、量子自旋液体和超导性。这些相取决于电子能带占据情况，并且可以通过化学势来控制。二维（2D）和具有kagome晶格的层状材料中的平带增强了电子相关性。尽管理论上已经预测到，但具有kagome结构的单层2D金属有机骨架（MOFs）中的相关电子Mott绝缘相尚未在实验中实现。

研究团队在2D绝缘体上合成了一种2D kagome结构 MOF，并使用扫描隧道显微镜（STM）和光谱学揭示了MOF的电子能隙约为200 meV，与动态平均场理论（DMFT）预测的莫特绝缘体一致。

通过模板诱导和STM探针诱导的门控，研究者们能够局部调节MOF kagome带的电子密度，并诱导莫特MITs。这些发现为基于电静控制的2D MOF中的量子多体相技术的发展提供了可能。

图文导读

图1：原子薄级绝缘体上的2D kagome MOF：Cu(111)上单层hBN上的DCA₃Cu₂。

图2：hBN/Cu(111)上DCA₃Cu₂ MOF的带隙Eg≈200meV。

图3：hBN/Cu(111) moiré图案引起的DCA₃Cu₂ MOF中Mott能隙的变化。

图4：通过STM尖端诱导的门控在moiré导线区域控制莫特金属-绝缘体转变的过程。

总结展望

本文展示了在单层2D kagome MOF中通过局部静电控制莫特金属-绝缘体转变的能力，与理论预测非常吻合。研究表明，通过模板和尖端诱导的门控，可以在单层MOF中实现莫特MITs。

本工作不仅证明了单层DCA₃Cu₂ MOF可以作为莫特绝缘体，而且还表明了通过电静调节化学势来控制相变的可能性。这些发现为将2D MOFs作为活性材料集成到类似器件的架构中提供了有希望的一步，为电子学、自旋电子学和信息处理存储等领域的应用提供了诱人的前景。

文献信息

标题：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