稳定的单分子自旋开关研发成功

近日，一个由德国基尔大学科学家领导的国际团队，成功设计、存放和操作表面上的单分子自旋开关。新开发的分子具有稳定的自旋状态，在表面吸附不会失去其功能。该研究有望使电子元件微型化迈进一大步。相关结果发表在《自然·纳米技术》杂志上。
自旋电子学利用电子自旋进行传感、信息存储、传输和处理，可大幅提高数据处理速度、降低电力消耗和提高集成密度。分子自旋开关是控制分子与磁性金属界面自旋极化发展的理想选择，与分子自旋电子器件息息相关。然而迄今为止，自旋交叉配合物等固有自旋开关在金属表面吸附后常出现断裂或功能丧失。
在基尔大学实验物理学家曼纽尔·格鲁伯博士和化学家莱纳·海格斯教授的共同领导下，一个包括法国SOLEIL同步辐射加速器和瑞士保罗谢尔研究所的科学家在内的国际团队，成功研发稳定的单分子自旋开关，实现了金属表面配合物中可逆配位诱导的自旋态转换。
格鲁伯博士表示，这是通过一种类似于计算机中基本电子电路的设计技巧来实现的，即所谓的触发器。通过将输出信号循环回输入端，可以实现双稳态或在0和1之间切换。
在这种反馈回路中，新开发的分子有3种相互耦合的特性：它们的形状(平坦或弯曲)、与其它原子的配位(配位或不配位)，以及自旋状态(高或低)。这3个属性中只有两个组合是稳定的并且相互增强。这些分子蒸发附着在银表面后，会排列成高度有序的阵列。这种阵列中的分子可以用超高分辨率的扫描隧道显微镜来施加极小的电流脉冲。通过正电压或负电压，使其在两种状态之间切换。
格鲁伯博士和海格斯教授介绍说：“我们的新自旋开关只用一个分子就实现了传统电子器件中晶体管和电阻等多个元件的功能。这是迈向微型化的一大步。下一步我们将增加化合物的复杂性，以实现更复杂的操作。”除了新型电子元器件之外，该研究还有望用于可控表面催化剂的研发等领域。
 总编辑圈点
在后摩尔定律时代，随着电子器件的微型化日渐逼近物理极限，人类想要找到新的信息处理方案。于是，自旋电子学成为新宠。顾名思义，它利用电子的自旋来进行传感、信息储存、传输以及处理。自旋是电子的基本属性之一，这种内禀的旋转属性将电子变成一个个微型的磁铁。科学家们已经制备出一些自旋电子器件，它们体积小、速度快而且功耗低。这次科研人员研发出的新型自旋开关，“一个能顶许多个”，将我们的器件微型化的进程继续往前推进。