由nanoGUNE合作研究中心（CIC）領(lǐng)導的西班牙研究機構(gòu)合作設(shè)計了一種將磁性卟啉分子與石墨烯納米帶連接的方法，在分子電子學領(lǐng)域取得重大突破。這種連接說明了石墨烯在分子電路的廣闊潛力。

卟啉是一種類似血紅蛋白的分子，負責植物的光合作用和人體血液氧氣輸送。但最近研究人員一直在做與磁性卟啉相關(guān)的試驗，發(fā)現(xiàn)磁性卟啉可以作為自旋電子器件的基礎(chǔ)構(gòu)件。

自旋電子學涉及操縱電子的自旋，也就不同于操縱電子運動的傳統(tǒng)電子學。電子自旋也產(chǎn)生磁性：當材料中的大部分電子的自旋指向相同方向，材料就被磁化。如果可以向上或向下移動所有電子的自旋并可以讀取電子自旋方向，則可以創(chuàng)建基本數(shù)字邏輯電路的“0”和“1”。

基于卟啉分子的自旋電子器件利用磁性原子——通常是位于每個分子中間具有自旋極化狀態(tài)的鐵原子。有很多方法利用這些磁性原子的自旋來極化傳輸?shù)碾娏鳌Ｈ绻褂幂^大自旋的磁性分子——也就是單分子磁體——可以通過磁場穩(wěn)定并通過電流讀取“1”或“0”狀態(tài)。

西班牙的研究人員采取了獨特的方法實現(xiàn)這一點。他們利用原子級精確的石墨烯導線與分子建立直接連接，該石墨烯導線能夠共價連接到分子的特定位點。

“這就可以將電流注入到分子中，”nanoGUNE的Ikerbasque教授和納米成像組組長NachoPascual說道。“我們進一步表明，卟啉分子在與石墨烯導線連接之后仍然保持磁性。”

Pascual補充說，西班牙的合作者已經(jīng)證明，附著在卟啉分子的石墨烯納米帶的微小變化都可以改變其磁性。此外，分子的自旋可以通過注入的電流進行控制。

“我們通過隧道顯微鏡來測試磁化強度，”Pascual說，“我們看到鐵離子在與石墨烯納米帶連接之后保持其自旋和優(yōu)選方向，但是在少數(shù)情況下，石墨烯納米帶鍵合位置不同，磁性完全消失。所以連接的方式至關(guān)重要。”

Pascual認為這項工作將自旋電子引入分子電子器件，并私下稱其為“分子自旋電子電路”。在未來的研究中，Pascual和同事們的目標是使用單分子磁體，并通過注入電流來改善傳輸實驗中的磁性。“這將更接近這些器件的實際使用，”他補充說道。