Российские ученые предложили использовать органические молекулы, обладающих магнитными свойствами, при создании спинтронных устройств. Исследование, проведенное учеными из Института элементорганических соединений им. А. Н. Несмеянова и МФТИ в коллаборации с испанскими коллегами, опубликовано в журнале Angewandte Chemie International Edition.
Так как классическая электроника находится уже на пределе своих возможностей, ученые активно занимаются разработкой новых подходов для ее замены. Так, в настоящее время активно развивается спинтроника (спиновая электроника). Если в классической электронике движущей силой является ток электронов, то в спинтронике внимание сосредоточено на токе спинов. Спинами называются собственные магнитные моменты частиц.
Отечественные ученые предложили использовать органические молекулы, обладающие магнитными свойствами, в качестве проводящих материалов. Обычно для этих целей применяют неорганические материалы. Исследуемая учеными система представляла собой комплекс органического соединения с двумя ионами железа. Для использования таких материалов в спинтронике важно было разобраться со спиновыми состояниями материала. Так, существует высокоспиновое состояние, при котором вещество притягивается магнитным полем, и низкоспиновое состояние, при котором взаимодействия между веществом и магнитным полем практически нет.Известно, что каждый из ионов железа может находиться в каждом из двух этих состояний.
Соответственно, теоретически можно насчитать четыре возможных состояния молекулы: когда оба иона низкоспиновые, когда оба иона высокоспиновые и когда ионы имеют разные спины. Примечательно, что до этого два последних состояния было трудно обнаружить, так как они очень схожи и симметричны друг относительно друга. Чтобы разрешить эту проблему, ученые прибегли к парамагнитной модификации известного метода – спектроскопии ядерного магнитного резонанса. В обычной практике этот метод не используют для изучения высокоспиновых состояний, поскольку получаемые спектры сложны для прочтения и интерпретации. Однако в данном случае исследователи смогли благодаря этому методу зафиксировать переход между симметричными спиновыми состояниями.
«Изученные нами системы представляют интерес для внедрения так называемых молекулярных клеточных автоматов – устройств, потенциально позволяющих создать альтернативную полупроводникам технологию для обработки информации, характеризующуюся низким энергопотреблением и тепловыделением. Такой спиновый переход является типичным примером молекулярной бистабильности и может быть положен в основу устройств хранения информации в будущем. Решение указанной проблемы внесет важный вклад в одно из приоритетных направлений развития науки – создание новых типов функциональных материалов для техники и технологий, в первую очередь – для использования в качестве компонентов молекулярной электроники: наноразмерных сенсоров, переключателей и логических устройств», – подчеркнул важность проделанной работы Валентин Новиков, один из авторов статьи.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
