单分子自旋电子器件的构建和输运性质测量

As a new research direction, the field of molecular spintronics is the natural combination of two fields: spintronics and molecular electronics. It is a rapidly emerging field and is attracting more and more research attentions. Molecular nanomagnets are among the most promising candidates for broad applications in molecular spintronics. This project is going to devote to the construction of spintronic devices based on graphene electrodes and single molecular nanomagnets. The influence on the electronic transport through single molecular nanomagnet by the electric field, magnetic field, light, and spin polarized current will be investigated. In the measurements, we will focus on the detection of the “fingerprint” information originated from the spin states of the molecular nanomagnets, such as zero splitting, magnetic anisotropy, Kondo effect, quantum tunneling of the magnetization, and quantum interference. It is expected to explore the detection and control of the spin states of individual molecular nanomagnets by investigating the electronic transport through 3-4 kinds of molecular nanomagnets. Spintronic devices based on novel principles will also be investigated. Hopefully, the completion of this project will pave the way to the applications of molecular nanomagnets in high-density data storage, spintronic devices, and quantum information processing.

分子自旋电子学是自旋电子学的发展趋势，是由自旋电子学与分子电子学自然结合的结果，正在形成一个新兴的研究领域，吸引了越来越多的研究人员的兴趣。分子纳米磁体是最有希望在分子自旋电子学中得到广泛应用的候选者之一。本项目拟用分子纳米磁体和石墨烯电极构建基于单个分子纳米磁体的自旋电子学器件，研究电场、磁场、光、电流的自旋极化对通过单个分子纳米磁体电子输运的影响。在测量中将重点检测分子纳米磁体的“指纹”信息，包括零场分裂、磁各向异性、近藤效应、磁性量子隧穿、和量子干涉效应。本项目拟通过研究3-4种分子纳米磁体的电子输运性质，阐明单个分子纳米磁体的自旋态的检测和调控机理，实现新原理的自旋电子学器件。预期项目的完成将对分子纳米磁体在高密度数据存储、自旋电子器件、量子信息处理方面的应用提供支持。

分子自旋电子学是自旋电子学的发展趋势，是由自旋电子学与分子电子学自然结合的结果，正在形成一个新兴的研究领域，吸引了越来越多的研究人员的兴趣。分子纳米磁体是最有希望在分子自旋电子学中得到广泛应用的候选者之一。本项目用分子纳米磁体和石墨烯电极构建基于单个分子纳米磁体的自旋电子学器件，研究外界刺激及电流的自旋极化对通过单个分子纳米磁体电子输运的影响。本项目取得的重要结果包括：发展了一种可靠的方法大批量快速制备1-2nm间隙的石墨烯电极；用石墨烯纳米间隙电极成功构建和测量了三端单分子器件，观察到石墨烯狄拉克锥增强的栅压效应；在金属纳米间隙电极中制备了Mn6单分子磁体的单分子器件，并观察到单分子磁体自旋导致的近藤效应；用层状铁磁体Cr2Ge2Te6通过临近效应实现了石墨烯中载流子的自旋极化，并通过观察反常霍尔效应证实了石墨烯中载流子的自旋极化。本项目的研究结果将对单分子磁体在自旋电子器件和量子信息处理方面的进一步应用提供支持。