Les commutateurs moléculaires artificiels et les machines ont connu des progrès rapides au cours des dernières décennies. Particulièrement, les moteurs moléculaires artificiels sont très attractifs du point de vue de la commutation de chiralité pendant les étapes de rotation. Maintenant, les chercheurs ont fabriqué un dispositif de filtrage de spin d'électrons qui peut changer la direction de polarisation de spin par irradiation lumineuse ou traitement thermique. Les présents résultats sont bénéfiques pour le développement de fonctionnalités à l'état solide émergeant de mouvements nanométriques de commutateurs moléculaires.

En spintronique, l'utilisation de matériaux organiques comme "matériau de transport de spin" a récemment attiré une attention considérable car ils présentent de longs temps de relaxation du spin et de longues longueurs de diffusion du spin en raison de la faible interaction spin-orbite (SOI) des éléments légers. Pendant ce temps, le faible SOI des matériaux organiques devient un inconvénient lorsqu'ils sont utilisés comme « spin filter ». Un courant polarisé en spin est, donc, généralement générés par des matériaux inorganiques avec ferromagnétisme ou de forts SOI. Cependant, la découverte récente du transport d'électrons sélectif en spin à travers des molécules chirales, c'est à dire., l'effet dit de sélectivité de spin induite par la chiralité (CISS), suggère une méthode alternative d'utilisation de matériaux organiques comme filtres de spin pour les applications de spintronique. Par cet effet, les molécules droitières et gauchers génèrent des spins descendants et ascendants, respectivement. Cependant, les molécules chirales utilisées dans les expériences rapportées jusqu'à présent sont des molécules statiques. D'où, la manipulation de la direction de polarisation du spin par des stimuli externes n'a pas encore été réalisée.

Maintenant, chercheurs de l'Institut des sciences moléculaires, RIKEN, Institut des sciences et technologies de Nara, L'Université de Suranaree et l'Institut des sciences et de la technologie Vidyasirimedhi ont fabriqué un nouveau dispositif de filtrage de spin à l'état solide qui prend en sandwich une fine couche de moteurs moléculaires artificiels (Figure 1). Parce que les moteurs moléculaires artificiels démontrent une inversion de chiralité 4 fois par irradiation lumineuse et traitements thermiques pendant la rotation moléculaire de 360 ​​degrés, la direction de polarisation de spin des électrons qui traversent les moteurs moléculaires doit être commutée par irradiation lumineuse ou traitements thermiques.

La figure 2 montre (à gauche) les courbes de magnétorésistance (MR) enregistrées après divers temps d'irradiation à la lumière visible pour un dispositif fabriqué avec un isomère gaucher. A l'état initial, une courbe MR antisymétrique claire avec une pente négative a été observée, ce qui signifie une nette sélectivité up-spin. Le signal MR diminuait au fur et à mesure que l'irradiation lumineuse progressait, et enfin la pente du signal MR a été inversée vers positive, indiquant une commutation de spin induite par la lumière dans le courant polarisé en spin d'une sélection de spin ascendante à une rotation descendante à travers l'inversion de chiralité de gauche à droite. Un processus d'activation thermique ultérieur pour l'isomère gauche a inversé à nouveau la pente de la courbe MR de positive à négative, comme le montre la figure 2 (à droite), impliquant une commutation de spin induite par l'activation thermique d'un spin sélectif vers le bas à un spin sélectif vers le haut via l'inversion de chiralité droitier-gaucher. Des phénomènes similaires ont été observés lors de mesures ultérieures après photo-irradiation et traitements thermiques. Cette série d'expériences a clairement démontré que la commutation de spin 4 fois était induite pendant la rotation à 360 degrés des moteurs moléculaires.

Dans ce nouveau type de nouveau dispositif de spintronique organique, la chiralité droitier/gaucher, qui est à l'origine de la génération de polarisation de spin par effet CISS, est reconfigurable par des stimuli externes et un contrôle précis de la direction de polarisation de spin dans les courants polarisés en spin en utilisant un moteur moléculaire artificiel a été réalisé, pour la première fois. Les présents résultats sont bénéfiques pour le développement de dispositifs photo/thermospintroniques organiques de nouvelle génération combinés à des machines moléculaires.