【材料】分子磁性异质结

2023-05-23 15:31:57

由无机材料制成的异质结构在电子和自旋电子器件中被广泛应用。例如 p-n结、GMR巨磁阻器件、Josephson约瑟夫结。其中，P-N异质结是指由P型半导体和N型半导体组成的结构。GMR是由铁磁性、非磁性和铁磁性导电异质层组成。Josephson异质结由超导-绝缘-超导异质层组成。这些器件对于现代半导体电子学至关重要，GMR和Josephson异质结分别在磁性数据存储设备和SQUIDs（超导量子干涉器件）电路中具有重要的应用。

大多数功能性导电或磁性异质结构器件都是由无机材料制成，例如硅用于制造P-N结二极管、NiFe或FeMn或NiMn合金用于GMR、铌或铅合金用于Josephson结。由小分子磁体或者导体组成的异质结构的例子非常少。分子导体和磁体已经被研究了很长时间，小分子可以显示出超导或单分子磁体的特性。比如，通过电化学制备的方法，可以制造出一系列基于TTF的有机超导体，其临界温度可以高达14.2 K。单分子磁体具有丰富的磁性功能，一些4f镧系配合物可展现出室温铁磁的性质。单分子磁体在信息存储、量子计算中具有广泛的应用前景。作者认为基于这些分子磁体或者分子导体，制备出来的异质结构可能会具有与无机材料异质结与众不同的性质。

近日，香港大学万晴云博士、日本东北大学脇坂聖憲教授和山下正廣教授，展示了一种通过精密控制下的电结晶生长过程制备的 (TTF)₂M(pdms)₂分子异质结结构 (M = Co, Ni或者Zn)，其中TTF 为分子导体，Co(pdms)₂为单分子磁体。该项研究是第一例基于分子磁体异质结的报道。

本文采用电化学结晶方法，ITO为电极，制备了一系列由 (TTF)₂M(pdms)₂ (M = Co, Ni或者Zn)分子组成的异质结结构。并应用了光学显微镜、电子显微镜等方法表征了该异质结结构。两段式、三段式的异质结结构均可由该方法制得。

本文进一步表征了各类异质结结构的磁性性质。发现被Ni或者Zn包裹的 (TTF)₂Co(pdms)₂晶体可以展现出增宽的磁滞回线。在进行微区红外光谱探测的实验中，作者发现由Ni或者Zn组成的外壳会对内部的 (TTF)₂Co(pdms)₂晶体施加应变效应。从而使 (TTF)₂Co(pdms)₂晶体的磁滞回线增宽。

文章的第一作者是香港大学研究助理教授万晴云；通讯作者为万晴云、日本东北大学脇坂聖憲教授和山下正廣教授。文章的作者感谢香港大学化学系支志明教授的支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Step-by-Step Electrocrystallization Processes to Make Multiblock Magnetic Molecular Heterostructures

Qingyun Wan*, Masanori Wakizaka*, Nobuto Funakoshi, Yongbing Shen, Chi-Ming Che, and Masahiro Yamashita*

J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c02571

课题组介绍

万晴云博士

香港大学化学系支志明教授组研究助理教授，2014年于中国科学技术大学获得材料物理学学士学位，同年在中科院理化技术研究所吴骊珠教授和佟振合教授的指导下完成了本科毕业设计。2014年加入支志明教授香港大学的课题组攻读化学博士学位，2019年毕业。2017年前往麻省理工大学进行了半年的交流学习，导师为Christopher C .Cummins教授。2020至2022年于香港大学物理系崔晓冬教授组进行合作学习。2022-2023年前往日本东北大学进行了半年的访问学习，合作导师为山下正廣教授。万晴云博士已发表了29篇经同行评审的文章，包括了11篇第一作者或通讯作者的论文，其中有Chem(1), JACS(2), Angewandte Chemi(4), Adv. Mater.(1), PNAS(1)等。

研究领域：计算化学，分子轨道理论与非共价作用，配位化学，超分子化学，分子光物理与激子动力学，光波导与非线性光学，分子导体，分子磁体，有机电子强关联体系。

山下正廣教授

山下正廣教授于1977年获得九州大学学士学位，1979年获得硕士学位，1982年获得博士学位。毕业后，他加入了分子科学研究所（IMS）。1983年，他被任命为九州大学助理教授。1988年，他被任命为名古屋大学副教授，并于1998年晋升为该大学的正教授。他曾于2000年至2004年期间担任东京都立大学的正教授，并于2004年加入东北大学任正教授。他于2020年从东北大学退休，现为东北大学名誉教授。他曾获得井上科学奖（2002年）、日本化学会创新奖（2005年）、日本配位化学学会奖（2014年）、Mukai奖（2019年）和日本化学会奖（2020年）。他是日本科学会的副会员，也是英国皇家化学学会会士（FRSC）。他发表了517篇原创论文、104篇综述文章和20本书籍。

研究领域：1) 多功能金属配合物，2) 基于单分子磁体的自旋电子学， 3) 有机电子强关联体系， 4) 基于分子磁体的量子比特，量子计算。