分子世界的手拉手——石墨烯纳米带连接磁性卟啉分子

由nanoGUNE合作研究中心（CIC）领导的西班牙研究机构合作设计了一种将磁性卟啉分子与石墨烯纳米带连接的方法，在分子电子学领域取得重大突破。这种连接说明了石墨烯在分子电路的广阔潜力。

卟啉是一种类似血红蛋白的分子，负责植物的光合作用和人体血液氧气输送。但最近研究人员一直在做与磁性卟啉相关的试验，发现磁性卟啉可以作为自旋电子器件的基础构件。

自旋电子学涉及操纵电子的自旋，也就不同于操纵电子运动的传统电子学。电子自旋也产生磁性：当材料中的大部分电子的自旋指向相同方向，材料就被磁化。如果可以向上或向下移动所有电子的自旋并可以读取电子自旋方向，则可以创建基本数字逻辑电路的“0”和“1”。

基于卟啉分子的自旋电子器件利用磁性原子——通常是位于每个分子中间具有自旋极化状态的铁原子。有很多方法利用这些磁性原子的自旋来极化传输的电流。如果使用较大自旋的磁性分子——也就是单分子磁体——可以通过磁场稳定并通过电流读取“1”或“0”状态。

西班牙的研究人员采取了独特的方法实现这一点。他们利用原子级精确的石墨烯导线与分子建立直接连接，该石墨烯导线能够共价连接到分子的特定位点。

“这就可以将电流注入到分子中，”nanoGUNE的Ikerbasque教授和纳米成像组组长NachoPascual说道。“我们进一步表明，卟啉分子在与石墨烯导线连接之后仍然保持磁性。”

Pascual补充说，西班牙的合作者已经证明，附着在卟啉分子的石墨烯纳米带的微小变化都可以改变其磁性。此外，分子的自旋可以通过注入的电流进行控制。

“我们通过隧道显微镜来测试磁化强度，”Pascual说，“我们看到铁离子在与石墨烯纳米带连接之后保持其自旋和优选方向，但是在少数情况下，石墨烯纳米带键合位置不同，磁性完全消失。所以连接的方式至关重要。”

Pascual认为这项工作将自旋电子引入分子电子器件，并私下称其为“分子自旋电子电路”。在未来的研究中，Pascual和同事们的目标是使用单分子磁体，并通过注入电流来改善传输实验中的磁性。“这将更接近这些器件的实际使用，”他补充说道。