2024年1月26日，李曉光團隊以“Graphene-modulated interfacial exchange coupling across organic molecular/ferromagnet spin interfaces”為題的論文，發(fā)表于《Physical Review B》。深圳大學高等研究院王雨副研究員為文章第一作者，李曉光研究員為通訊作者，學院王政助理教授參與該工作。該成果得到國家自然科學基金的支持。

在納米尺度上實現(xiàn)對分子自旋態(tài)的操縱對發(fā)展新一代高性能、低能耗的自旋電子學、量子信息處理和磁存儲器件有著重要意義。近十幾年來，過渡金屬酞菁分子(TMPc)及其衍生物以結構、功能的多樣性和穩(wěn)定性得到了研究者大量的關注，是研究分子自旋電子學相關應用的理想載體。與此同時，過去的十幾年來，隨著二維材料石墨烯的發(fā)現(xiàn)，其自身獨特的電學、光學和力學性質受到了人們廣泛的關注，也為自旋電子學的發(fā)展提供了一個新的研究思路。在二維材料中實現(xiàn)基于自旋的電子學應用，將是一項結合兩者優(yōu)勢，極具研究價值和現(xiàn)實意義的課題。相關問題的解決可為設計發(fā)展新一代微電子器件提供有借鑒價值的科學依據(jù)。

研究團隊長期聚焦于包含有機分子和石墨烯在內的單分子自旋電子學體系的第一性原理設計。在此項工作中，研究團隊以過渡金屬酞菁分子(TMPc)吸附鐵磁金屬鎳(Ni)表面為研究對象，進一步考慮在分子和襯底之間插入單層石墨烯對體系電子結構，尤其是對界面磁相互作用的影響。與過去石墨烯充當緩沖層隔絕分子與襯底作用的簡單認知不同，團隊發(fā)現(xiàn)石墨烯對磁性分子-鐵磁金屬界面的磁交換相互作用的調制作用。計算結果表明：當一系列磁性TMPc分子(CrPc、MnPc、FePc、CoPc和CuPc)直接吸附在Ni(111)襯底時，分子-襯底之間的磁相互作用都是鐵磁的；而插入石墨烯后，此作用強度被削弱，而對于CoPc來說，原來的鐵磁作用變?yōu)榉磋F磁的。團隊發(fā)現(xiàn)這是由于石墨烯可以隔絕TMPc分子中心TM離子d軌道與襯底Ni原子d軌道之間的直接交換作用，同時削弱兩者之間經(jīng)過分子配體N原子連接的超交換相互作用。該研究為調控分子-金屬界面相互作用提供了有效途徑，為相關實驗提供了重要的啟示，對設計與二維材料相集成的單分子自旋電子學器件具有重要指導意義。

圖1：TMPc/Ni(111)與TMPc/Gr/Ni(111) (TM=Co, Cu)體系中的磁交換相互作用機理示意圖

論文原文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.109.014428

（來源 高等研究院）