我国在分子自旋光伏器件研究中取得重要进展

最近，中国科学院国家纳米科学中心在分子自旋电子学研究方面取得了重要进展，并提出了一种全新的分子自旋光伏器件。

分子自旋光伏器件(MSP)是一种基于自旋阀器件结构和富勒烯(C60)分子材料的新型器件。该装置可以在外界光和磁复合场的作用下实现电子自旋和电荷输出信号的相互耦合，从而实现全新的装置功能，包括在室温下特定控制模式下的太阳能电池开路电压的磁场调节、可控全自旋极化电流输出、磁控交流信号输出、磁控电池开关等。

在多晶半导体器件中，一个铁磁电极(Co)用于将自旋极化载流子注入C60半导体层，而另一个铁磁电极(NiFe)用于自旋探测。自旋极化载流子通过C60薄膜传输。在恒定偏置电压下，器件的输出电流随着两个铁磁电极的相对磁化方向而变化(即自旋阀效应)。受这种效应影响的输出电流百分比称为磁电流。此外，MSP器件在7.5毫瓦/平方厘米的白光照射下可以观察到微弱的光伏效应。在短路情况下，C60层中的光生载流子被内建电场驱动扩散到两个铁磁电极产生输出电流。这些载流子不会产生自旋阀效应，因为它们在通过磁电极输出后的很短时间内完全自旋弛豫。当器件开路时，外加电压将驱动电子从钴电极传输到镍铁电极，实现电荷复合，因为C60具有优异的自旋传输特性，此时复合电流将受到自旋阀效应的影响。如上所述，在光和磁复合场的作用下，输出电流和复合电流之间的自旋关联是实现全新自旋器件功能的关键。

本研究提出的分子自旋光伏器件作为一种新型器件，在高灵敏度光、磁复合场传感器、单器件磁控变流器等方面具有潜在的应用价值。与传统的分子自旋阀相比，该装置获得相同磁电流响应信号的工作功率降低到1%以下。同时，该器件还可用于探索分子半导体材料的自旋输运和自旋光电子学等研究领域。

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