As a new class of single-molecule magnets, two-coordinate complexes of open-shell transition metals are comparatively rare and have attracted interest due to their high degree of coordinative unsaturation. However, the dynamic distortion associated with the low coordination number of the metal center hinders the applications of high-density information storage, quantum computing, and spintronics. Here, we propose a series of stable 2D metal–organic frameworks constructed by ideal (1, 3, 5)-benzenetricarbonitrile (TCB) molecules and 5d transition metals (Hf, Ta, W, Re, Os, and Ir) with a highly symmetrical ligand field and rigid π conjugated framework. Among them, TCB-Re exhibits intrinsic ferromagnetic ordering with a considerably large magnetic anisotropic energy (MAE) of 19 meV/atom and high Curie temperature (TC) of 613 K. Under biaxial strain, diverse magnetic states (such as ferromagnetic, paramagnetic, and antiferromagnetic states) can be achieved in TCB-Re by the complicated competition between the in-plane d–px/y–d and out-of-plane d–pz–d superexchange interactions. At a small compressive strain of 0.5%, the MAE for perpendicular magnetization increases substantially to 120 meV/atom; meanwhile, the magnetization and TC above room temperature are well retained. Our results not only extend two-coordinate transition metal complexes to continuous 2D organic magnets but also demonstrate an effective method of strain engineering for manipulating the spin state and MAE.

中文翻译：

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基于双坐标5d过渡金属的具有巨磁各向异性的二维有机磁体的合理设计

作为一类新的单分子磁体，开壳过渡金属的双配位配合物相对稀少，由于其高度的配位不饱和度而引起了人们的兴趣。然而，与金属中心的低配位数相关的动态失真阻碍了高密度信息存储、量子计算和自旋电子学的应用。在这里，我们提出了一系列由理想的 (1, 3, 5)-苯三甲腈 (TCB) 分子和 5d 过渡金属（Hf、Ta、W、Re、Os 和 Ir）构建的稳定的 2D 金属-有机骨架对称配体场和刚性 π 共轭框架。其中，TCB-Re 表现出固有的铁磁有序性，具有 19 meV/atom 的相当大的磁各向异性能 (MAE) 和 613 K 的高居里温度 (TC)。在双轴应变下，通过面内 d-px/y-d 和面外 d-pz-d 超交换相互作用之间的复杂竞争，可以在 TCB-Re 中实现不同的磁态（如铁磁、顺磁和反铁磁状态） . 在 0.5% 的小压缩应变下，垂直磁化的 MAE 显着增加到 120 meV/atom；同时，室温以上的磁化强度和 TC 得到了很好的保留。我们的结果不仅将双配位过渡金属配合物扩展到连续的二维有机磁体，而且还展示了一种有效的应变工程方法来操纵自旋态和 MAE。和反铁磁态）可以通过面内 d-px/y-d 和面外 d-pz-d 超交换相互作用之间的复杂竞争在 TCB-Re 中实现。在 0.5% 的小压缩应变下，垂直磁化的 MAE 显着增加到 120 meV/atom；同时，室温以上的磁化强度和 TC 得到了很好的保留。我们的结果不仅将双配位过渡金属配合物扩展到连续的二维有机磁体，而且还展示了一种有效的应变工程方法来操纵自旋态和 MAE。和反铁磁态）可以通过面内 d-px/y-d 和面外 d-pz-d 超交换相互作用之间的复杂竞争在 TCB-Re 中实现。在 0.5% 的小压缩应变下，垂直磁化的 MAE 显着增加到 120 meV/atom；同时，室温以上的磁化强度和 TC 得到了很好的保留。我们的结果不仅将双配位过渡金属配合物扩展到连续的二维有机磁体，而且还展示了一种有效的应变工程方法来操纵自旋态和 MAE。