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高自旋二價錳金屬有機分子的室溫電致自旋態轉變

5月
03
2018

2018年5月03日01時 今日科學 茶無弄

茶無弄

近期,固體所郝華副研究員和曾雉研究員課題組在室溫電致分子自旋態轉變方面獲得新發現,相關結果發表在Journal of Materials Chemistry C (J. Mater. Chem. C 5, 11598-11604 (2017))上。

電致分子自旋態轉變是分子自旋電子學的研究熱點,該效應可用來簡化分子自旋器件的架構,提高自旋器件功能單元的密度和響應速度,從而獲得更高的器件性能。目前用來實現電致自旋態轉變的分子大多都是含有二價鐵離子(Fe2+)的低自旋金屬有機分子。然而,該類分子很難實現室溫下電致自旋態轉變,因為在室溫下,該類分子已穩定在唯一已知的高自旋亞穩態上,徹底喪失了自旋態轉變能力。所以,尋找能在室溫下發生電致自旋態轉變的分子,對實現室溫下分子自旋器件的構築和應用具有重要的現實意義。

為此,固體所郝華副研究員和曾雉研究員基於本組前期電致自旋態轉變機理的研究成果,<如圖1所示,詳情見Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 7652 (2017)>,預測含有二價錳離子(Mn2+)的高自旋金屬有機分子可穩定地實現室溫下的電致自旋態轉變,並通過相關密度泛函理論計算,證實了他們的想法。理論計算髮現:1)

含有二價錳離子的高自旋金屬有機分子在0、300以及370K下均可實現偏電壓誘導的分子自旋態轉變,如圖2所示;2) 該類分子自旋態轉變相關磁阻率()高達40000。上述研究結果表明,含有二價錳離子(Mn2+) 的高自旋金屬有機分子具備構建室溫分子電晶體、分子存儲器件的潛力。

以上研究得到了國家自然科學基金、中科院青年創新促進會和合肥超算分中心的資助和支持。

圖1. 電致自旋態轉變源於LUMO軌道中p-d成鍵態強弱顯著不同。

圖2. 偏電壓誘導分子自旋態轉變物理圖像示意圖。


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