东京大学的物理学家发明了一种新的方式来制造某类特殊的电子组件，即自旋电子设备。此类高性能、低功耗的设备有着光明的前景，因此，其高效的制造方法也备受追捧。该种新的制造方法十分有趣，因为其中使用了能够用于不同目且构型配置相对简单的的有机分子。由这些有机分子构成的分子层可以被涂刷或印刷到金属表面上以实现新的电子器件功能。

图1.示意图：显示了研究中使用的实验样品的组成。 图片由一色等提供。

简而言之，自旋电子设备将来可能会取代诸多电子设备，这是由于自旋电子学相比于电子学来说在执行某些功能的时候更加高效。电子设备依赖的是由运动的电子形成的电荷流动，而自旋电子设备则利用电子的另一种特性，即自旋。这与电子的角动量有关，而自旋形成的流动则被称为自旋流。实现自旋电子器件的实际应用过程中依然存在着一些挑战。其中之一是找到感应自旋流的方法，而克服这一挑战之后，另一挑战则是怎样实现自旋电子元件的某些应用功能，比如保存数据，以将其作成高速存储器。东京大学固体物理研究所的研究员一色弘成及其团队发现了一种新颖而优雅的简单方法，来应对这两个复杂的挑战。

“简单地涂了一层“涂料”之后，我们成功地示范了自旋电流可以有效地转换为铜样品中的电流。该涂料层只有一个分子的厚度，并且包含有机物质。” 一色说：“该设备的转换效率可以与用铂或铋等无机金属材料制成的设备相比拟。但是，与无机材料相比，有机材料更易于操纵以实现不同的功能。” 该有机层由被称为铅（II）酞菁的物质制成。注入到分子所覆盖的表面上的自旋流可以有效地转换成我们所熟悉的电流。研究人员对不同厚度的涂料层进行了实验，以找出其中效率最高的一种。当该层仅为单个分子厚度时，分子将按照一定序列排列，从而产生最高效的自旋流至电流的转换。“由于有机分子相对易于使用，所以它们尤其为自旋电子学的研究人员提供了很高的设计自由度。 我们希望将来可以发现能够应用于高性能计算或低功耗设备中的功能性组件。” 一色解释说。 “这种薄到难以置信的涂层同时也意味着我们有一天可能会创造出易于弯曲的器件，以及甚至可以用特殊类型的打印机来打印出来的器件。”

图2. 有机层的扫描隧道显微镜图像：0.6个分子层厚度（左），1.0个分子层厚度（中）和1.9个分子层厚度（右）。 图片由一色等提供。

一色及其同事下一步将探索导电材料上有机层的其他构型，以实现各种新颖的功能。 他们还将研究电荷流向自旋流的转化过程，这一过程与本研究中提到的过程互为可逆。 该研究领域旨在加速有机分子的自旋电子学研究。

【论文信息】
题目： Realization of spin dependent functionality by covering a metal surface with a single layer of molecules
杂志：Nano Letters
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02619.

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