基于自旋转换配合物的分子器件的自旋输运性质研究

Spin crossover compounds have convertible (color, magnetic, dielectric constant and structure) characteristics, its molecular materials has potential application in nanoscale light, heat and pressure storage. Based on the spin crossover complexes synthesized experimentally, the program proposes theoretical quantum models to investigate their magnetic properties, quantum phase transitions and thermodynamic properties by means of Green's function theory, discussing the microscopic mechanism of spin-crossover characteristics. Meanwhile, we will design molecular devices by using spin crossover compounds, and investigate its electronic and spin transport properties, the surface effect and interface effect, exploring the application of spin crossover compounds in heat switch, light switch and information storage devices, which will provide theoretical guidance for the design and assembly of organic molecular devices and promote the development of organic spintronics.

自旋转换配合物由于具有可转换(颜色、磁性、介电常数和结构)的特点,其分子材料在纳米级的可读写光、热和压力储存器上有潜在的应用前景。本项目基于实验上合成的自旋转换配合物，抽象出量子理论模型，采用量子统计的格林函数理论方法对其磁性、量子相变、热力学性质进行研究，探讨其自旋转换特性的微观机理。并且利用自旋转换配合物设计分子元器件，采用非平衡态格林函数与密度泛函理论相结合的方法对器件的电子和自旋输运性质、界面和表面效应等进行研究，探索自旋转换配合物在热开关、光开关和信息存储器件的应用。为自旋转换配合物分子元器件的设计和组装提供理论指导，促进有机自旋电子学的发展。

电子学和自旋电子学是正在发展中的前沿学科，在纳米科学等领域有着重要的应用前景。自旋转换配合物由于具有可转换(颜色、磁性、介电常数和结构)的特点，其分子材料在纳米级的可读写光、热和压力储存器上有潜在的应用前景。同时在低维半导体材料中，二维和一维纳米材料在纳米器件新功能的开发和利用方面表现出了潜在的应用前景。本项目采用密度泛函理论（DFT）与非平衡态格林函数（NEGF）相结合的方法，研究了处于高自旋态的具有自旋转换特性的单分子Fe(tzpy)2(NCS)2的自旋输运性质及含有单核FeII的自旋转换配合物Fe[(H2Bpz2)2bpy]的分子器件的热输运性质，发现了负微分电阻特性、巨磁阻效应、高的自旋过滤特性和自旋重整效应以及温致开关效应和温致自旋过滤效应。同时还研究了磷掺杂锯齿形石墨烯纳米带的自旋过滤效应及负微分电阻特性，Fe及Fe-C6团簇掺杂单层MoS2中的温致自旋过滤效应、自旋阀特性和自旋赛贝克效应，石墨烯和氮化硼纳米带（ZGNRs/ZBNNRs）异质结的热、电输运性质，以及黑磷和GeS纳米带在应力调控下的开关效应。以上研究成果对自旋转换配合物分子及二维和一维纳米材料在自旋电子学领域的应用具有非常重要的参考价值，从而促进这些材料在自旋电子学及热自旋电子学方面的应用。