Los interruptores y máquinas moleculares artificiales han experimentado rápidos avances en las últimas décadas. Particularmente, Los motores moleculares artificiales son muy atractivos desde el punto de vista de la conmutación de quiralidad durante los pasos de rotación. Ahora, Los investigadores fabricaron un dispositivo de filtrado de espín de un electrón que puede cambiar la dirección de polarización del espín mediante irradiación de luz o tratamiento térmico. Los presentes resultados son beneficiosos para el desarrollo de funcionalidades de estado sólido que surgen de movimientos nanométricos de interruptores moleculares.

En espintrónica, El uso de materiales orgánicos como un "material de transporte de espín" ha atraído recientemente una atención significativa ya que exhiben largos tiempos de relajación de espín y longitudes de difusión de espín largas debido a la débil interacción espín-órbita (SOI) de los elementos ligeros. Mientras tanto, el SOI débil de los materiales orgánicos se convierte en un inconveniente cuando se utilizan como "filtro giratorio". Una corriente de espín polarizado es, por lo tanto, generalmente generado por materiales inorgánicos con ferromagnetismo o SOI fuertes. Sin embargo, el descubrimiento reciente del transporte de electrones selectivo de espín a través de moléculas quirales, es decir., el llamado efecto de selectividad de espín inducida por quiralidad (CISS), sugiere un método alternativo de uso de materiales orgánicos como filtros de giro para aplicaciones de espintrónica. A través de este efecto, Las moléculas para diestros y zurdos generan un giro hacia arriba y hacia abajo, respectivamente. Sin embargo, Las moléculas quirales utilizadas en los experimentos descritos hasta ahora son moléculas estáticas. Por eso, la manipulación de la dirección de polarización de espín por estímulos externos aún no se ha realizado.

Ahora, investigadores del Instituto de Ciencia Molecular, RIKEN, Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara, La Universidad de Suranaree y el Instituto de Ciencia y Tecnología Vidyasirimedhi fabricaron un novedoso dispositivo de filtrado de espín de estado sólido que empareda una capa delgada de motores moleculares artificiales (Figura 1). Debido a que los motores moleculares artificiales demuestran una inversión de quiralidad 4 veces mayor por irradiación de luz y tratamientos térmicos durante la rotación molecular de 360 ​​grados, la dirección de polarización de espín de los electrones que pasan a través de los motores moleculares debe cambiarse mediante irradiación de luz o tratamientos térmicos.

La Figura 2 muestra (izquierda) las curvas de magnetorresistencia (MR) registradas después de varios tiempos de irradiación de luz visible para un dispositivo fabricado con un isómero zurdo. En el estado inicial, se observó una clara curva de RM antisimétrica con pendiente negativa, lo que significa una clara selectividad ascendente. La señal de RM disminuyó a medida que avanzaba la irradiación de luz, y finalmente la pendiente de la señal de RM se invirtió a positiva, indicando un cambio de espín inducido por la luz en la corriente de espín polarizado de espín hacia arriba selectivo a espín hacia abajo a través de la inversión de quiralidad de zurdos a diestros. Un proceso de activación térmica posterior para el isómero zurdo invirtió la pendiente de la curva MR de positivo a negativo nuevamente, como se muestra en la Figura 2 (derecha), lo que implica un cambio de giro inducido por activación térmica de selectivo de giro descendente a selectivo de giro ascendente a través de la inversión de quiralidad de diestros a zurdos. Se observaron fenómenos similares en mediciones posteriores después de la fotoirradiación y los tratamientos térmicos. Esta serie de experimentos demostró claramente que se indujo un cambio de espín 4 veces durante la rotación de 360 ​​grados de los motores moleculares.

En este nuevo tipo de novedoso dispositivo espintrónico orgánico, la quiralidad diestro / zurdo, que es el origen de la generación de polarización de espín a través del efecto CISS, es reconfigurable por estímulos externos y se realizó un control preciso de la dirección de polarización de espín en las corrientes de polarización de espín mediante la utilización de un motor molecular artificial, por primera vez. Los presentes resultados son beneficiosos para el desarrollo de dispositivos foto / termospintrónicos orgánicos de próxima generación combinados con máquinas moleculares.