【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，國家納米科學(xué)中心孫向南團(tuán)隊(duì)在高性能分子自旋電子器件及其功能應(yīng)用方面取得系列進(jìn)展。針對分子自旋電子器件室溫自旋輸運(yùn)效率低且難以有效調(diào)控，嚴(yán)重限制了其室溫應(yīng)用潛力這一領(lǐng)域內(nèi)關(guān)鍵科學(xué)問題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的空間限制策略，通過分子半導(dǎo)體的固態(tài)納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了室溫自旋信號的大幅提升以及有效調(diào)控，并進(jìn)一步演示了新型自旋電子功能應(yīng)用。相關(guān)成果分別發(fā)表在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Nano Today (Advanced Materials, 2026, 38, e73826; Advanced Functional Materials, 2026, e77507; Nano Today, 2026, 71, 103167)。
 

　　隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)快速發(fā)展，傳統(tǒng)電子器件面臨功耗和信息處理效率等挑戰(zhàn)，利用電子自旋進(jìn)行信息傳輸與處理的自旋電子器件為新一代信息技術(shù)提供了重要發(fā)展方向。分子半導(dǎo)體具有結(jié)構(gòu)高度可設(shè)計(jì)以及長室溫自旋壽命等優(yōu)勢而極具室溫自旋應(yīng)用潛力。盡管過去二十年里領(lǐng)域內(nèi)在分子設(shè)計(jì)和界面工程等方面取得了大量進(jìn)展，分子器件的室溫自旋輸運(yùn)效率仍普遍處于較低水平(約5%)，且缺乏有效的調(diào)控手段，成為制約其功能應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。
 

　　針對這一問題，研究團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)從分子和界面層面優(yōu)化自旋輸運(yùn)的思路，創(chuàng)新性地提出空間限制策略：利用富勒烯衍生物與聚合物共混體系的液-液相分離，將連續(xù)的塊體分子半導(dǎo)體薄膜構(gòu)筑為分離的納米柱狀輸運(yùn)通道，限制自旋載流子的空間擴(kuò)散來減少輸運(yùn)路徑的復(fù)雜性，從而顯著降低自旋弛豫，提升室溫自旋輸運(yùn)效率。通過調(diào)控聚合物含量及分子量，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對相分離納米結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，建立了納米結(jié)構(gòu)與自旋輸運(yùn)性能之間的構(gòu)效關(guān)系。在實(shí)現(xiàn)高達(dá)20%的創(chuàng)新高自旋輸運(yùn)效率的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用分子半導(dǎo)體垂直不對稱固態(tài)納米結(jié)構(gòu)調(diào)控自旋輸運(yùn)過程，實(shí)現(xiàn)了顯著的偏壓調(diào)控不對稱自旋響應(yīng)。基于高效且可調(diào)控的室溫自旋信號，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步演示了分子自旋電子器件在自旋信息加密和真隨機(jī)數(shù)生成方面的功能應(yīng)用，推動分子自旋電子器件從“高性能自旋輸運(yùn)”向“可調(diào)控自旋功能”拓展。
 

　　該系列工作表明，固態(tài)納米結(jié)構(gòu)工程可以作為繼分子設(shè)計(jì)和界面工程之后調(diào)控分子自旋輸運(yùn)的全新維度，為突破室溫自旋輸運(yùn)瓶頸、實(shí)現(xiàn)自旋信號精準(zhǔn)調(diào)控及發(fā)展自旋邏輯、加密存儲和隨機(jī)信息處理等功能器件提供新的研究思路。
 

　　國家納米科學(xué)中心孫向南研究員與北京工業(yè)大學(xué)鄭坤教授為上述系列論文通訊作者。以上工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院項(xiàng)目的支持。
 

　　引用：國家納米科學(xué)中心在高性能分子自旋電子器件及其功能應(yīng)用方面取得系列進(jìn)展 國家納米科學(xué)中心 【引用時(shí)間：2026年9月4日】