有機(jī)自旋電子學(xué)作為一個(gè)新興的交叉學(xué)科領(lǐng)域，因其能夠操縱有機(jī)半導(dǎo)體中電子的自旋自由度而獲得廣泛的關(guān)注。同時(shí)，有機(jī)半導(dǎo)體材料通常由C、H、O和N等輕質(zhì)元素所組成，因此相較于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體而言具有較弱的自旋軌道耦合及超精細(xì)相互作用，進(jìn)而具備更長(zhǎng)的自旋弛豫時(shí)間來保留自旋信息的傳遞。然而有機(jī)自旋電子學(xué)這一新興的研究領(lǐng)域，還存在諸多亟待解決的科學(xué)問題，其中就包含應(yīng)用于有機(jī)自旋器件的材料種類少、缺乏目的性的分子設(shè)計(jì)并需要發(fā)展新型的有機(jī)自旋活性層材料。
二維共價(jià)有機(jī)框架（2D COFs）是一類通過共價(jià)鍵連接的結(jié)晶多孔材料，具備有序的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、π-共軛骨架、高比表面積、輕質(zhì)元素組成和良好的環(huán)境穩(wěn)定性等特點(diǎn)，同時(shí)在光電器件的制備方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。然而，這類COFs材料通常呈現(xiàn)為不溶解和無(wú)法加工的粉末，限制了其薄膜器件的制備，這也導(dǎo)致目前還沒有利用COFs制備有機(jī)自旋器件的報(bào)道，因此這類材料自旋輸運(yùn)性質(zhì)的研究仍存在空缺。
近日，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的于貴研究員、北京科技大學(xué)的王麗萍教授和中國(guó)科學(xué)院物理研究所的金奎娟研究員開展合作意見，以2D Py-Np COF為研究對(duì)象，采用了一種酸輔助剝離的策略獲得了能夠漂浮在水面上的大面積COF薄膜，并將該薄膜轉(zhuǎn)移到鐵磁性的La0.67Sr0.33MnO3（LSMO）電極上，首次制備了以COF材料作為活性層的有機(jī)自旋閥器件。
選取的基于亞胺鍵連接的Py-Np COF粉末材料具有良好的結(jié)晶性、高比表面積和輕質(zhì)元素組成等優(yōu)點(diǎn)。隨后，采用質(zhì)子化亞胺鍵的策略，通過酸輔助剝離的方法不僅能夠通過旋涂工藝來制備COF薄膜，還能獲得漂浮在水面上的具有良好自支撐性能的薄膜。質(zhì)子化的COF薄膜經(jīng)去質(zhì)子化后，其化學(xué)結(jié)構(gòu)和結(jié)晶性得到了明顯的恢復(fù)。 將漂浮在水面上的COF薄膜轉(zhuǎn)移到LSMO鐵磁電極上，以COFs材料作為自旋傳輸層，制備了結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)SMO/Py-Np COF/Co/Au的有機(jī)自旋閥器件，觀察到出顯著的負(fù)磁阻效應(yīng)，在30 K時(shí)其磁阻值高達(dá)-26.5%，這表明了COFs材料在有機(jī)自旋電子學(xué)領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用潛力。 該項(xiàng)研究進(jìn)展不僅證實(shí)了COFs作為自旋傳輸層材料為下一代有機(jī)自旋閥器件的制備提供了契機(jī)，而且指出了該類由輕質(zhì)元素所組成的具備類石墨烯電子結(jié)構(gòu)的材料或?qū)?duì)自旋電子學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要意義。 論文信息 Magnetoresistance in Organic Spin Valves Based on Acid-Exfoliated 2D Covalent Organic Frameworks Thin Films Xitong Liu, Hao Li, Dr. Weifeng Zhang, Zhen Yang, Dr. Dong Li, Mengya Liu, Prof. Kuijuan Jin, Prof. Liping Wang, Prof. Gui Yu 文章的第一作者是中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的博士研究生劉肸彤和北京科技大學(xué)的博士生李昊和中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的張衛(wèi)鋒副研究員，通訊作者為中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的于貴研究員、北京科技大學(xué)的王麗萍教授和中國(guó)科學(xué)院物理研究所的金奎娟研究員 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202308921
