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，昆士蘭大學

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材料中的電子-電子相互作用導致奇異的量子多體現象，包括莫特金屬-絕緣體轉變（MITs）、磁性、量子自旋液體和超導性。這些相取決于電子能帶占據情況，并且可以通過化學勢來控制。二維（2D）和具有kagome晶格的層狀材料中的平帶增強了電子相關性。盡管理論上已經預測到，但具有kagome結構的單層2D金屬有機骨架（MOFs）中的相關電子Mott絕緣相尚未在實驗中實現。

研究團隊在2D絕緣體上合成了一種2D?kagome結構 MOF，并使用掃描隧道顯微鏡（STM）和光譜學揭示了MOF的電子能隙約為200 meV，與動態平均場理論（DMFT）預測的莫特絕緣體一致。

通過模板誘導和STM探針誘導的門控，研究者們能夠局部調節MOF kagome帶的電子密度，并誘導莫特MITs。這些發現為基于電靜控制的2D MOF中的量子多體相技術的發展提供了可能。

圖文導讀

圖1：原子薄級絕緣體上的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STM尖端誘導的門控在moiré導線區域控制莫特金屬-絕緣體轉變的過程。

總結展望

本文展示了在單層2D kagome MOF中通過局部靜電控制莫特金屬-絕緣體轉變的能力，與理論預測非常吻合。研究表明，通過模板和尖端誘導的門控，可以在單層MOF中實現莫特MITs。

本工作不僅證明了單層DCA₃Cu₂ MOF可以作為莫特絕緣體，而且還表明了通過電靜調節化學勢來控制相變的可能性。這些發現為將2D MOFs作為活性材料集成到類似器件的架構中提供了有希望的一步，為電子學、自旋電子學和信息處理存儲等領域的應用提供了誘人的前景。

文獻信息

標題：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