相比于以硅等無機半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的微電子產(chǎn)業(yè)，基于全新概念的自旋電子學(xué)（spintronics）在高密度信息存儲等領(lǐng)域顯示了非常大的發(fā)展與應(yīng)用潛力。更為重要的是，基于自旋電子學(xué)的器件也是目前微電子器件進入納米尺度的重要方案之一。由于有機/聚合物材料的特殊性，其易合成，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、大面積制備，更為關(guān)鍵的是其自旋-軌道耦合作用及超精細相互作用較弱，因此有機自旋電子學(xué)已經(jīng)逐漸成為了國際上的研究熱點。相比于小分子，聚合物分子具有強的剪切粘度，便于通過溶液旋涂、定向生長等方法制備出高質(zhì)量連續(xù)的聚合物薄膜，且該類材料器件制備工藝簡單，可以大大降低生產(chǎn)成本，并且易于大面積制備柔韌性有機電子產(chǎn)品，更滿足實際應(yīng)用要求，在分子自旋電子學(xué)中有很好的發(fā)展前景。中國科學(xué)院化學(xué)研究所于貴研究員與中國科學(xué)院物理研究所金奎娟研究員密切合作，成功制備了基于吡咯并吡咯二酮（DPP）類聚合物的有機自旋閥器件，并首次實現(xiàn)了該類分子材料的自旋輸運，低溫下可以得到30%的磁阻比（MR）。該研究工作利用DPP類聚合物制備三明治結(jié)構(gòu)的自旋閥器件，研究了該類材料在不同溫度及磁場下的自旋輸運特性。此外，作者使用兩種鐵磁電極（鈷和鎳鐵合金）及不同分子結(jié)構(gòu)的聚合物材料（PTDCNVT-420和PTDCNVT-320）來進一步研究該類器件自旋輸運的界面及分子結(jié)構(gòu)對自旋輸運可能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，該分子自旋閥器件在200K下依然具有5%的MR，說明該自旋器件有著良好的自旋輸運界面。作者使用透射電子顯微鏡（TEM）及原子力顯微鏡（AFM）對器件的界面結(jié)表面進行了表征，TEM測試結(jié)果表明上電極與分子材料之間有著良好的銳利界面，該結(jié)果表明上電極對分子材料沒有明顯的滲透，利于自旋載流子的輸運。此外，AFM測試結(jié)果表明該類分子材料有著較小的粗糙度（0.56nm左右），表面相對平整，利于自旋載流子傳輸。此外，作者研究發(fā)現(xiàn)基于鎳鐵電極的器件磁阻信及其噪比相對更高，并且基于鈷電極的自旋閥器件磁阻與溫度的依賴性更加明顯，一方面這可能是因為鎳鐵合金的居里溫度相對較低，從而會影響器件的異質(zhì)自旋界面及表面的自旋極化。此外，相對于鈷，鎳鐵合金更容易蒸鍍，這一定程度上會減弱熱輻射對分子材料的影響。另一方面，鎳鐵合金的自旋極化率（~45%）比鈷（~34%）要高，這也是導(dǎo)致其磁阻相對較高的另一個原因。對于具有不同分子結(jié)構(gòu)的材料PTDCNVT-420和PTDCNVT-320，前者主鏈烷基鏈更長，且其MR相對更高，這可能與分子材料本身的超精細相互作用和自旋-軌道耦合作用有關(guān)，從而導(dǎo)致不同的自旋輸運性能，基于該現(xiàn)象的深層機制還在進一步研究中。研究人員相信，鑒于聚合物分子材料的低成本、柔性、可溶液加工以及較長的自旋相干時間等優(yōu)勢，此項研究會促使化學(xué)合成與材料物性及器件研究工作者更加深入的發(fā)展和研究基于DPP或其他骨架基團的聚合物分子材料的合成及新型自旋器件的開發(fā)，為有機自旋電子學(xué)的應(yīng)用提供了新的思路。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Advanced Electronic Materials（DOI：10.1002/aelm.201900318）上
