小ギャップ2次元金属 - 有機カゴメ材料CU3（ヘキサイミノベンゼン）2およびNi3（ヘキサイミノベンゼン）2の構造、熱力学、および輸送特性

金属有機フレームワーク（MOF）は、例外的な化学的調整性を提供し、最近、電気伝導率と関連する機能的電子特性を示すことが実証されています。カゴメ格子は、量子スピン液（絶縁体）やディラックフェルミオン（金属）を含む、物質の新しい物理的状態の実り多い供給源です。小帯域銀行のカゴメ材料は、量子スピン液の状態を橋渡しし、超伝導などの現象を示す可能性がありますが、非常にまれなままです。ここでは、2次元のKagoméMetal-Organic Frameworks NI3（HIB）2およびCu3（HIB）2（HIB = Hexaiminobenzene）の構造、熱力学、および輸送研究を報告します。磁化測定により、0.989 EMU K（Mol Ni）-1 OE-1および0.371 EMU K（Mol Cu）-1 OE-1のキュリー定数が得られ、理想的なS = 1 Ni2+およびS = 1//2 Cu2+。-10.6および-14.3 Kのワイス温度は、イオン間の正味の弱い平均磁場反強磁性相互作用を示しています。電気輸送の測定により、両方の材料が半導体であり、それぞれ22.2および103 MEVのギャップ（例）があることが明らかになりました。特定の熱測定により、NI3（4）MJ mol-Fu-1 K-2の大きなT線形寄与γは、徐々に上昇して〜5 k未満で、順序付けされた位相移行の証拠がないことが明らかになりました。0.1 Kにまで下落します。CU3（HIB）2には0.1 Kを超える相転移の証拠もありません。磁気フラストレーションとスピン液体物理学の期待により、これらの観察結果は、シンクロトロンX線回折データの詳細な分析から見つかった積み重ね障害に帰します。同時に、我々の結果は、これらのMOFが金属状態に同時に近接して局所的な磁気を示すことを示しているため、高度に調整可能な化学プラットフォームでカゴメ材料の断熱と金属の基本状態との関係を探る機会を開きます。

Metal-organic frameworks (MOFs) provide exceptional chemical tunability and have recently been demonstrated to exhibit electrical conductivity and related functional electronic properties. The kagomé lattice is a fruitful source of novel physical states of matter, including the quantum spin liquid (in insulators) and Dirac fermions (in metals). Small-bandgap kagomé materials have the potential to bridge quantum spin liquid states and exhibit phenomena such as superconductivity but remain exceptionally rare. Here we report a structural, thermodynamic, and transport study of the two-dimensional kagomé metal-organic frameworks Ni3(HIB)2 and Cu3(HIB)2 (HIB = hexaiminobenzene). Magnetization measurements yield Curie constants of 0.989 emu K (mol Ni)-1 Oe-1 and 0.371 emu K (mol Cu)-1 Oe-1, respectively, close to the values expected for ideal S = 1 Ni2+ and S = 1/2 Cu2+. Weiss temperatures of -10.6 and -14.3 K indicate net weak mean field antiferromagnetic interactions between ions. Electrical transport measurements reveal that both materials are semiconducting, with gaps (Eg) of 22.2 and 103 meV, respectively. Specific heat measurements reveal a large T-linear contribution γ of 148(4) mJ mol-fu-1 K-2 in Ni3(HIB)2 with only a gradual upturn below ∼5 K and no evidence of a phase transition to an ordered state down to 0.1 K. Cu3(HIB)2 also lacks evidence of a phase transition above 0.1 K, with a substantial, field-dependent, magnetic contribution below ∼5 K. Despite them being superficially in agreement with the expectations of magnetic frustration and spin liquid physics, we ascribe these observations to the stacking faults found from a detailed analysis of synchrotron X-ray diffraction data. At the same time, our results demonstrate that these MOFs exhibit localized magnetism with simultaneous proximity to a metallic state, thus opening up opportunities to explore the connection between the insulating and metallic ground states of kagomé materials in a highly tunable chemical platform.