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基于单分子磁体的分子存储器件

        我室曾雉研究员的课题组在基于单分子磁体的分子存储器件方面取得新进展。相关的研究结果发表在RSC Advance【RSC Adv. 5, 54667 (2015)】。单分子磁体具有独特优异的化学和物理特性,是分子自旋电子学中的重点关注对象。尤其是该类材料的自旋驰豫时间可达年的量级,原则上可用来制备自旋阀型的分子存储器件,进而极大地提高器件的存储密度。但单分子磁体的磁阻隔温度很低,处于液氦温区,这使得长的自旋驰豫时间和自旋阀型的分子存储器件只能液氦温区中实现和工作。为了提升基于单分子磁体的分子存储器件,我们放弃了基于自旋阀效应的存储机理,转而提出利用单分子磁体带电态来实现信息存储的方案。为了验证此方案的可行性,我们选取了一个典型的单分子磁体分子Fe4,并以此构建模型器件作为研究对象。通过研究其电子结构和电子输运特性,我们发现高低电导确实可以通过不同的分子带电态来实现,而且两者间的电导变化率高达两个量级。更重要的是,高低电导的转换需要克服1.2 eV的能量势垒,而且他们并不依赖于分子磁构型(尤其是室温下的磁构型)的变化。综合这些特性,基于Fe4单分子磁体带电态的存储器件具备在室温下甚至更高温度下工作的潜力。最后需要强调的是,上述方案完全可以拓展到其他单分子磁体材料,而不仅限于Fe4分子磁体这一具体例子。这将为设计和制备基于单分子磁体的存储器件提供一种新的思路。

图 (a). 由Fe4单分子磁体构成的两端器件模型;图 (b). 不同磁构型和偏压下的高低电导变化率。

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