近日，我校電子與光學工程學院、柔性電子（未來技術）學院趙強教授、羅中中副教授團隊，與山東大學物理學院秦偉教授及中國科學技術大學蘇州高等研究院宋驤驤研究員合作，在有機自旋電子器件領域取得重要進展，在二維極限下揭示了分子堆垛對器件界面自旋極化的調制作用。4月5日，相關成果以“Revealing the key role of molecular packing on interface spin polarization at two-dimensional limit in spintronic devices”（《在二維極限下揭示自旋電子器件中分子堆垛對界面自旋極化的關鍵作用》）為題發表在國際頂級學術期刊Science Advances (《科學進展》)上。我校趙強教授、羅中中副教授及山東大學秦偉教授為共同通訊作者，羅中中副教授和中國科學技術大學宋驤驤研究員為論文共同第一作者。

　　有機材料因其弱自旋軌道耦合和超精細相互作用，在自旋電子器件領域具有得天獨厚的優勢。目前基于有機材料的自旋閥、自旋存儲器件及自旋發光二極管已經吸引了廣泛的研究興趣。研究顯示，有機半導體/鐵磁金屬所構成的自旋界面對器件自旋注入具有關鍵性作用，同時自旋界面又依賴于分子結構性質及側鏈取代。然而，由于難以在器件層面實現高質量的有機半導體/鐵磁界面，前期的研究集中于在鐵磁金屬上吸附有機分子來研究自旋界面，大大限制了有機自旋器件的發展。如何結合高質量有機半導體及先進器件工藝在器件層面實現高質量有機半導體/鐵磁界面是揭示自旋界面效應及促進有機自旋電子器件發展的關鍵所在。

　　針對這一重大科學問題，研究團隊結合高質量二維有機晶體及無損的范德華金屬轉移技術實現了原子級平整的有機半導體/鐵磁界面，并在此基礎上構建了高性能的自旋閥器件。基于“分子堆垛→自旋界面→器件性能”的研究思路，從器件層級，揭示了分子層數和堆垛對器件性能與自旋注入效率的調制作用。研究結果表明，分子晶體層數（單層或雙層）和排列（垂直或傾斜）可調控有機半導體/鐵磁界面的自旋態。通過改變分子堆垛結構，可以在鄰近自旋界面的分子層中產生顯著的極化自旋密度，這些極化自旋由于分子層間良好的電導匹配而實現了更高的自旋注入，進而可實現更高性能的自旋閥器件。該研究成果為進一步探索有機半導體/鐵磁界面提供了強有力的研究平臺，也使得具有可控自旋界面的高性能有機自旋電子器件變得觸手可及。

　　本工作得到國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金、江蘇省高等學校自然科學基金、有機電子與信息顯示國家重點實驗室、廣東省大灣區集成電路與系統研究院重點領域研發基金等項目資助。南京郵電大學徐勇教授、高麗教授、鈕偉副教授和華北電力大學劉小龍副教授對該項目給予了大量支持和幫助。此外，南京大學王欣然教授和北京大學韓偉教授對本工作提供了寶貴建議與實驗支持。

具有高質量界面的自旋閥器件揭示分子堆垛對有機半導體/鐵磁自旋界面的調制作用

（撰稿：羅中中　初審：趙強、程勇　編輯：王存宏　審核：張豐）