合肥研究院室温电致分子自旋态转变研究取得进展

近日，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所副研究员郝华、研究员曾雉课题组，在室温电致分子自旋态转变方面获得新发现，相关结果发表在Journal of Materials Chemistry C上。

电致分子自旋态转变是分子自旋电子学的研究热点，该效应可用来简化分子自旋器件的架构，提高自旋器件功能单元的密度和响应速度，从而获得更高的器件性能。目前用来实现电致自旋态转变的分子大多是含有二价铁离子(Fe2+)的低自旋金属有机分子。然而，该类分子很难实现室温下电致自旋态转变，在室温下该类分子已稳定在唯一已知的高自旋亚稳态上，彻底丧失了自旋态转变能力。因此，寻找能在室温下发生电致自旋态转变的分子，对实现室温下分子自旋器件的构筑和应用具有现实意义。

为此，该课题组基于本组前期电致自旋态转变机理的研究成果（图1），预测含有二价锰离子(Mn2+)的高自旋金属有机分子可稳定地实现室温下的电致自旋态转变，并通过相关密度泛函理论计算，证实了他们的想法。理论计算发现：（1）含有二价锰离子的高自旋金属有机分子在0、300以及370K下均可实现偏电压诱导的分子自旋态转变（如图2所示）；（2）该类分子自旋态转变相关磁阻率()高达40000。上述研究结果表明，含有二价锰离子(Mn2+) 的高自旋金属有机分子具备构建室温分子晶体管、分子存储器件的潜力。

研究工作得到了国家自然科学基金、中科院青年创新促进会和合肥超算分中心的支持。

图1.电致自旋态转变源于LUMO轨道中p-d成键态强弱显著不同。

图2.偏电压诱导分子自旋态转变物理图像示意图。