科学家设计单分子自旋开关可稳定自旋 电子元件微型化将迈进一大步

自旋电子学与传统电子学不同，它利用电子的自旋来进行传感、信息存储、传输和处理。与传统的半导体器件相比，其潜在的优点是无挥发性、提高了数据处理速度、降低了电力消耗和更高的集成密度。分子自旋电子学致力于通过主动控制单个分子的自旋状态来实现自旋电子学微型化的最终目标。

基尔大学的化学家和物理学家与来自法国和瑞士的同事合作，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。他们的研究结果发表在最新一期的《自然-纳米技术》杂志上。

新化合物的自旋状态至少在几天内是稳定的。这是通过一种设计技巧实现的，它类似于计算机中的基本电子电路，即所谓的触发器(flip-flops)。基尔大学的实验物理学家曼纽尔·格鲁伯博士说:“通过将输出信号回传给输入信号，可以实现0和1之间的双稳或切换。”

在这种反馈回路中，新分子有三种相互耦合的特性:它们的形状、两个亚基的邻近性(是或否)以及自旋状态(高自旋或低自旋)。因此，分子不是被锁定在一种状态就是被锁定在另一种状态。在升华和沉积在银表面后，开关自组装成高度有序的阵列。这种阵列中的每个分子都可以用扫描隧道显微镜分别定位，并通过施加正负电压在状态之间切换。

“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。这是迈向进一步微型化的一大步。下一步将增加化合物的复杂性，以实现更复杂的操作。”

分子是最小的结构，可以用原子精度和可预测的性质设计和建造。它们对电或光刺激的响应，以及它们自定义设计的化学和物理功能，使它们成为开发诸如可控表面催化剂或光学器件等新型器件的独特候选对象。