科技日報柏林12月29日電（記者李山）近日，一個由德國基爾大學科學家領導的國際團隊，成功設計、存放和操作表面上的單分子自旋開關。新開發的分子具有穩定的自旋狀態，在表面吸附不會失去其功能。該研究有望使電子元件微型化邁進一大步。相關結果發表在《自然·納米技術》雜誌上。
自旋電子學利用電子自旋進行傳感、資訊存儲、傳輸和處理，可大幅提高資料處理速度、降低電力消耗和提高集成密度。分子自旋開關是控制分子與磁性金屬介面自旋極化發展的理想選擇，與分子自旋電子器件息息相關。然而迄今為止，自旋交叉配合物等固有自旋開關在金屬表面吸附後常出現斷裂或功能喪失。
在基爾大學實驗物理學家曼紐爾·格魯伯博士和化學家萊納·海格斯教授的共同領導下，一個包括法國SOLEIL同步輻射加速器和瑞士保羅謝爾研究所的科學家在內的國際團隊，成功研發穩定的單分子自旋開關，實現了金屬表面配合物中可逆配比特誘導的自旋態轉換。
格魯伯博士表示，這是通過一種類似於電腦中基本電子電路的設計技巧來實現的，即所謂的觸發器。通過將輸出信號迴圈回輸入端，可以實現雙穩態或在0和1之間切換。
在這種迴響回路中，新開發的分子有3種相互耦合的特性：它們的形狀（平坦或彎曲）、與其它原子的配比特（配比特或不配比特），以及自旋狀態（高或低）。這3個内容中只有兩個組合是穩定的並且相互增强。這些分子蒸發附著在銀表面後，會排列成高度有序的陣列。這種陣列中的分子可以用超高分辯率的掃描隧道顯微鏡來施加極小的電流脈衝。通過正電壓或負電壓，使其在兩種狀態之間切換。
格魯伯博士和海格斯教授介紹說：“我們的新自旋開關只用一個分子就實現了傳統電子器件中電晶體和電阻等多個元件的功能。這是邁向微型化的一大步。下一步我們將新增化合物的複雜性，以實現更複雜的操作。”除了新型電子元器件之外，該研究還有望用於可控表面催化劑的研發等領域。
總編輯圈點
在後摩爾定律時代，隨著電子器件的微型化日漸逼近物理極限，人類想要找到新的資訊處理方案。於是，自旋電子學成為新寵。顧名思義，它利用電子的自旋來進行傳感、資訊儲存、傳輸以及處理。自旋是電子的基本屬性之一，這種內禀的旋轉内容將電子變成一個個微型的磁鐵。科學家們已經製備出一些自旋電子器件，它們體積小、速度快而且功耗低。這次科研人員研發出的新型自旋開關，“一個能頂許多個”，將我們的器件微型化的行程繼續往前推進。