東京大學的物理可用能學家發明了一種新的方式來製造某類特殊的電子太陽能電池模組，即自旋電子設備。此類高性能、低功耗的設備有着光明的前景，因此，其高效的製造方法也備受追捧。該種新的製造方法十分有趣，因爲其中使用了能夠用於不同目且組態配置相對簡單的的有機分子。由這些有機分子構成的分子層可以被塗刷或印刷到金屬表面上以實施新的電子器件功能。

圖1.示意圖：顯示了研究中使用的實驗樣品的組成。 圖片由一色等提供。

簡而言之，自旋電子設備將來可能會取代諸多電子設備，這是由於自旋電子學相比於電子學來說在執行某些功能的時候更加高效。電子設備依賴的是由運動的電子形成的電荷流動，而自旋電子設備則利用電子的另一種特性，即自旋。這與電子的角動量有關，而自旋形成的流動則被稱爲自旋流。實施自旋電子器件的實際應用程序中依然存在着一些挑戰。其中之一是找到感應自旋流的方法，而克服這一挑戰之後，另一挑戰則是怎樣實施自旋電子元件的某些應用功能，比如保存資料，以將其作成高速記憶體。東京大學固體物理可用能研究所的研究員一色弘成及其團隊發現了一種新穎而優雅的簡單方法，來因應這兩個複雜的挑戰。

「簡單地塗了一層「塗料」之後，我們成功地示範了自旋電流可以有效地轉換爲銅樣品中的電流。該塗料層只有一個分子的厚度，並且包含有機物質。」 一色說：「該設備的轉化效率可以與用鉑或鉍等無機金屬材料製成的設備相比擬。但是，與無機材料相比，有機材料更易於操縱以實施不同的功能。」 該有機質層由被稱爲鉛（II）酞青素的物質製成。注入到分子所覆蓋的表面上的自旋流可以有效地轉換成我們所熟悉的電流。研究人員對不同厚度的塗料層進行了實驗，以找出其中效率最高的一種。當該層僅爲單個分子厚度時，分子將按照一定序列排列，從而產生最高效的自旋流至電流的轉換。「由於有機分子相對易於使用，所以它們尤其爲自旋電子學的研究人員提供了很高的設計自由度。 我們希望將來可以發現能夠應用於高性能計算或低功耗設備中的功能性太陽能電池模組。」 一色解釋說。 「這種薄到難以置信的塗層同時也意味着我們有一天可能會創造出易於彎曲的器件，以及甚至可以用特殊類型的列印機來列印出來的器件。」

圖2. 有機質層的掃描隧道顯微鏡影像：0.6個分子層厚度（左），1.0個分子層厚度（中）和1.9個分子層厚度（右）。 圖片由一色等提供。

一色及其同仁下一步將探索導電材料上有機質層的其他組態，以實施各種新穎的功能。 他們還將研究電荷流向自旋流的轉化程序，這一程序與本研究中提到的程序互爲可逆。 該研究領域旨在加速有機分子的自旋電子學研究。

【論文資訊】
題目： Realization of spin dependent functionality by covering a metal surface with a single layer of molecules
雜誌：Nano Letters
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02619.

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