Органічні молекули допоможуть прискорити роботу спінтронних пристроїв

34

Російські вчені запропонували інноваційний підхід в спіновій електроніці-застосовувати в якості провідного матеріалу молекулярні магнетики, а саме комплекси іонів заліза і органічних сполук. Перемикання молекул між двома магнітними станами допоможе створити нові надшвидкі пристрої спінтроніки. Дослідження виконано за підтримки гранту російського наукового фонду (рнф) і опубліковано в журналі angewandte chemie international edition.

Класична електроніка, що використовує струми електронів як носії енергії та інформації, підійшла до своєї межі. Подальше прискорення руху цих частинок призведе до перегріву пристроїв, а спроби підвищити ефективність, збільшуючи кількість і щільність елементів, теж не приносять своїх плодів. Спінова електроніка (спінтроніка) є одним з найбільш перспективних напрямків, здатних замінити застаріваючу технологію. В її основі лежить струм не електронів, а спінів — власних магнітних моментів частинок.

«найчастіше для побудови елементів спінтронних пристроїв застосовують неорганічні матеріали. Ми ж запропонували альтернативу-молекулярні магнетики, в нашому випадку комплекси заліза з органічними сполуками. Такі системи мають магнітні властивості, які можна контролювати, змінюючи фрагменти молекули. Способи їх синтезу досить прості і відпрацьовані, але до них пред’являють високі вимоги, особливо що стосуються можливості існування двох магнітних станів: високо – і низькоспінового. У першому матеріал притягується магнітним полем, а в другому — практично не взаємодіє з ним. Перемикання між станами важливо для реалізації основних функцій спінтронних пристроїв”, – розповідає валентин новіков, грантоотримувач рнф, доктор хімічних наук і заступник директора з наукової роботи в інеос ран.

У своїй роботі дослідніінституту елементоорганічних сполук імені а. Н. Несмеянова (москва) і московського фізико-технічного інституту (москва) разом з іспанськими колегами продемонстрували, що комплекси заліза з органічними молекулами задовольняють цим вимогам. Автори створили модель, в якій провідний матеріал являє собою ланцюги з комплексів органічних молекул з двома іонами заліза.

Кожен з іонів може перебувати в двох станах-низько-або високоспіновому, відповідно виходить чотири сумарних варіанти: або коли обидва іона низько – або високоспінові, або коли вони мають відмінні стану. Динаміку переходу між останніми виключно складно виявити, оскільки стани є симетричними один щодо одного. Автори змогли її зафіксувати, застосувавши екзотичний парамагнітний варіант класичної спектроскопії ядерного магнітного резонансу-зазвичай для з’єднань у високоспиновому стані цей метод не застосовують, оскільки розібратися в одержуваних спектрах дуже складно через непередбачуване зсуву і розширення сигналів. Проте, саме такі зрушення ліній і допомогли вченим вперше виявити подібний спіновий перехід.

” вивчені нами системи представляють інтерес для впровадження так званих молекулярних клітинних автоматів-пристроїв, потенційно дозволяють створити альтернативну напівпровідникам технологію для обробки інформації, що характеризується низьким енергоспоживанням і тепловиділенням. Такий спіновий перехід є типовим прикладом молекулярної бістабільності і може бути покладений в основу пристроїв зберігання інформації в майбутньому. Вирішення зазначеної проблеми внесе важливий внесок в один з пріоритетних напрямків розвитку науки-створення нових типів функціональних матеріалів для техніки і технологій, в першу чергу — для використання в якості компонентів молекулярної електроніки: нанорозмірних сенсорів, перемикачів і логічних пристроїв», — зазначив валентин новіков.

Малюнок. Художня ілюстрація переходу між двома станами. Джерело: aleshin et al. / angew. Chem. Int. Ed., 2021

02.12.2021