离子溶液中的芳香环:反常化学计量比的二维晶体和其铁磁性

溶液中的水合离子⁃π作用,作为一种非共价键相互作用,对研究软凝聚态物质至关重要。本文回顾了基于水合离子⁃π作用得到的具有反常化学计量比的二维晶体及其奇异特性,这些晶体包括常温常压条件下的氯化二钠(Na_(2)Cl)、氯化三钠(Na_(3)Cl)和一氯化钙(CaCl)等。这些具有反常化学计量比的二维晶体有着不同于常规三维晶体中的阴阳离子比例与独特的电子结构,具有与常规三维晶体完全不同的物理化学性质,包括室温铁磁性在内的多种特殊物理性质。这类具有反常化学计量比的铁磁性物质可能为生物体系的磁效应、磁医学的研究以及低维磁性材料的设计提供全新的思路。

石墨(烯)上的Na_(2)Cl和CaCl二维晶体

众所周知,钠原子有一个价电子,钙原子有两个价电子,所以它们的晶体结构是NaCl和CaCl_(2)及类似形式,没有磁性且呈现绝缘性。文章回顾了近期在石墨烯膜上观察到的自然环境下生成的阴阳离子比例反常(反常化学计量比)的Na_(2)Cl和CaCl二维晶体。由于阴阳离子比例反常,CaCl二维晶体具有异常电子性质,不再是绝缘体、抗磁物质,而是具有室温铁磁性、金属性、金属行为和压电行为共存等反常的物理性质;Na_(2)Cl二维晶体因包含周期性的单原子空位(由于Na和Cl原子比例是2∶1,导致应该有Cl原子的位置是空的),则会有更特殊的行为,例如极高灵敏度的压电响应。基于同步辐射的研究还表明,Ca离子的光谱显示出它既不是二价离子,也不是零价金属,而是一种特殊的离子状态。这些具有反常化学计量比的材料,有望拓展新颖电子器件的系统研发和应用。如果能将其应用扩展到生物体系,则可以为理解生物磁性提供新的思路。