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On-surface synthesis and characterization of radical spins in Kagome Graphene

Rémy Pawlak, Khalid N. Anindya, Outhmane Chahib, Jung-Ching Liu, P. Hiret, L. Marot, Vincent Luzet, Frank Palmino, Frédéric Chérioux, Alain Rochefort et Ernst Meyer

Article de revue (2025)

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Abstract

Flat bands in Kagome graphene might host strong electron correlations and frustrated magnetism upon electronic doping. However, the porous nature of Kagome graphene opens a semiconducting gap due to quantum confinement, preventing its fine-tuning by electrostatic gates. Here we induce zero-energy states into a semiconducting Kagome graphene by inserting π-radicals at selected locations. We utilize the on-surface reaction of tribromotrioxoazatriangulene molecules to synthesize carbonyl-functionalized Kagome graphene on Au(111), thereafter modified in situ by exposure to atomic hydrogen. Atomic force microscopy and tunneling spectroscopy unveil the stepwise chemical transformation of the carbonyl groups into radicals, which creates local magnetic defects of spin state S = 1/2 and zero-energy states as confirmed by density functional theory. The ability to imprint local magnetic moments opens up prospects to study the interplay between topology, magnetism, and electron correlation in Kagome graphene.

Mots clés

Département: Département de génie physique
Organismes subventionnaires: Swiss Nanoscience Institute (SNI), European Union's Horizon 2020 research and innovation programme - European Research Council (ERC), SNF - National Centre of Competence (or Excellence) in Research, SNF - Sinergia Project, SNF, Fonds de recherche du Québec (FRQ), Marie Skłodowska-Curie grant, NSERC / GRSNG
Numéro de subvention: 834402, 51NF40-180604, CRSII5_213533, 200021_228403, 847471
URL de PolyPublie: https://publications.polymtl.ca/61864/
Titre de la revue: ACS Nano (vol. 19, no 4)
Maison d'édition: American Chemical Society (ACS)
DOI: 10.1021/acsnano.4c15519
URL officielle: https://doi.org/10.1021/acsnano.4c15519
Date du dépôt: 13 janv. 2025 10:12
Dernière modification: 05 déc. 2025 05:04
Citer en APA 7: Pawlak, R., Anindya, K. N., Chahib, O., Liu, J.-C., Hiret, P., Marot, L., Luzet, V., Palmino, F., Chérioux, F., Rochefort, A., & Meyer, E. (2025). On-surface synthesis and characterization of radical spins in Kagome Graphene. ACS Nano, 19(4), 4768-4777. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c15519

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