化学掺杂共价有机框架中的无金属磁性

有机及分子基磁体不易获得，因为向纯有机体系中引入稳定的顺磁中心具有挑战性。具有高可设计性和化学多样性的晶态共价有机框架（COFs）是构成获取有机材料引人入胜磁现象的理想平台。本工作中，我们提出一种通过化学掺杂在窄带 COFs 中获得未配对电子自旋和无金属磁性的一般方法。利用密度泛函理论计算，我们发现具有与 COFs 能量匹配的前沿轨道的掺杂剂不仅向其注入电荷，还通过轨道杂化和超分子电荷转移复合物的形成进一步使电荷局域化。局域态使得向非磁性 COFs 引入稳定顺磁中心成为可能。基于该发现，我们设计了两种具有窄价带的新型 COFs，其在碘掺杂后展现出预期的磁性。进一步，我们揭示了二维 COFs 中的磁各向异性，并表明自旋传导和磁相互作用均可通过调控 COFs 的结构单元来调节。我们的工作凸显了在 COFs 及其他有机材料中获得磁性的实用场景，其在有机自旋电子器件应用中极具前景。