基于自旋阀器件的分子半导体中自旋输运的研究

Spin transport is one of the most central issues of spintronics. Molecular semiconductor is characterized by a very low spin-orbit interaction, which, together with their chemical flexibility and relatively low production costs, makes them an ideal material for spin transport. However, most of the studies on molecular spintronics just reported limited spin transport distance even at low temperature. Centered on the basic scientific problems of spin transport in molecules, this project will focus on studying the spin relaxation mechanism caused by chemical or physical structure of molecules. New approaches will be developed to weaken the spin relaxation caused by molecule structures, and thus molecules with long spin diffusion length will be obtained. By merging the improvement on the device of molecular spin valve, we will carry out systematic studies on achieving efficient long-range spin transport in molecules at room temperature.

自旋输运是自旋电子学研究的核心内容之一。分子半导体材料由于具有较低的自旋-轨道作用，以及化学结构可控和低成本等优势，被认为是极具潜力的自旋电子输运材料。然而目前报道的分子材料中的自旋输运距离往往很短，且多数只能在低温下实现。针对分子材料中自旋输运的科学问题，本项目将从分子半导体材料物理、化学结构与自旋弛豫机制关联性的研究出发，通过系列材料中自旋弛豫致因控制的有效手段研发，获得具有高效自旋输运性质的分子材料，并结合分子自旋阀器件的结构性能优化，以实现室温下分子半导体材料中高效、长距离的自旋输运。

自旋输运是自旋电子学研究的核心内容之一。分子半导体材料由于具有较低的自旋-轨道作用，以及化学结构可控和功能丰富等优势，被认为是极具潜力的自旋电子输运材料。然而目前报道的分子材料中的自旋输运距离往往很短，且多数只能在低温下实现；对于有机材料功能特性利用不充分，无法实现自旋功能器件的制备。针对分子材料中自旋输运的科学问题，本项目开发了系列有机和无机新材料体系，并用于有机自旋电子学的研究；探索了自旋弛豫机制与分子化学、物理结构之间的关系，开发了系列削弱有机半导体中自旋弛豫因素的有效手段，增强了有机材料中的自旋输运性能；开发了全新的自旋器件制备工艺，相关工作已经或将陆续发表。在本项目中，我们还率先将材料中的自旋输运与材料本身的功能特性相结合报道了世界上首个分子自旋光伏器件，该工作以国家纳米科学中心为第一单位发表在Science期刊上，受到了国内外学术界的广泛关注，并被40余家国际知名学术媒体报道，最终入选了中国光学十大进展。通过上述项目的执行，课题组在Science，Advanced Materials，Advanced Energy Materials等国际著名学术期刊上发表研究论文13篇，申请中国专利4项，联合培养了2名博士和5名硕士。