近日，一個由德國基爾大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國際團隊，成功設(shè)計、存放和操作表面上的單分子自旋開關(guān)。新開發(fā)的分子具有穩(wěn)定的自旋狀態(tài)，在表面吸附不會失去其功能。該研究有望使電子元件微型化邁進一大步。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》雜志上。
自旋電子學(xué)利用電子自旋進行傳感、信息存儲、傳輸和處理，可大幅提高數(shù)據(jù)處理速度、降低電力消耗和提高集成密度。分子自旋開關(guān)是控制分子與磁性金屬界面自旋極化發(fā)展的理想選擇，與分子自旋電子器件息息相關(guān)。然而迄今為止，自旋交叉配合物等固有自旋開關(guān)在金屬表面吸附后常出現(xiàn)斷裂或功能喪失。
在基爾大學(xué)實驗物理學(xué)家曼紐爾·格魯伯博士和化學(xué)家萊納·海格斯教授的共同領(lǐng)導(dǎo)下，一個包括法國SOLEIL同步輻射加速器和瑞士保羅謝爾研究所的科學(xué)家在內(nèi)的國際團隊，成功研發(fā)穩(wěn)定的單分子自旋開關(guān)，實現(xiàn)了金屬表面配合物中可逆配位誘導(dǎo)的自旋態(tài)轉(zhuǎn)換。
格魯伯博士表示，這是通過一種類似于計算機中基本電子電路的設(shè)計技巧來實現(xiàn)的，即所謂的觸發(fā)器。通過將輸出信號循環(huán)回輸入端，可以實現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)或在0和1之間切換。
在這種反饋回路中，新開發(fā)的分子有3種相互耦合的特性：它們的形狀(平坦或彎曲)、與其它原子的配位(配位或不配位)，以及自旋狀態(tài)(高或低)。這3個屬性中只有兩個組合是穩(wěn)定的并且相互增強。這些分子蒸發(fā)附著在銀表面后，會排列成高度有序的陣列。這種陣列中的分子可以用超高分辨率的掃描隧道顯微鏡來施加極小的電流脈沖。通過正電壓或負(fù)電壓，使其在兩種狀態(tài)之間切換。
格魯伯博士和海格斯教授介紹說：“我們的新自旋開關(guān)只用一個分子就實現(xiàn)了傳統(tǒng)電子器件中晶體管和電阻等多個元件的功能。這是邁向微型化的一大步。下一步我們將增加化合物的復(fù)雜性，以實現(xiàn)更復(fù)雜的操作。”除了新型電子元器件之外，該研究還有望用于可控表面催化劑的研發(fā)等領(lǐng)域。(記者李山)
總編輯圈點
在后摩爾定律時代，隨著電子器件的微型化日漸逼近物理極限，人類想要找到新的信息處理方案。于是，自旋電子學(xué)成為新寵。顧名思義，它利用電子的自旋來進行傳感、信息儲存、傳輸以及處理。自旋是電子的基本屬性之一，這種內(nèi)稟的旋轉(zhuǎn)屬性將電子變成一個個微型的磁鐵?？茖W(xué)家們已經(jīng)制備出一些自旋電子器件，它們體積小、速度快而且功耗低。這次科研人員研發(fā)出的新型自旋開關(guān)，“一個能頂許多個”，將我們的器件微型化的進程繼續(xù)往前推進。
關(guān)鍵詞： 穩(wěn)定的單分子自旋開關(guān)
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