分子接口作为创新传感器和数据存储设备的构建块

金属和分子化合物之间形成的分子界面作为未来光电子和自旋电子器件的构建块具有巨大的潜力。过渡金属酞菁和卟啉配合物是这种界面的有前途的成分。ForschungszentrumJülich的科学家与一个国际科学家团队一起，一直致力于开发一种模型系统，用于通过以纳米级精度稳定和控制配合物中的自旋和氧化态来设计具有独特功能和增强性能的此类设备。除此之外，他们发现了一种机制，可以在未来用于在卟啉中存储信息或开发极其灵敏的传感器来检测有毒的二氧化氮。

生物系统中一些最重要的过程是由含有金属离子的酶催化的，其中出乎意料的反应性对应于低氧化态。例如，卟啉是一类染料分子，参与植物的光合作用和红细胞的氧运输。受其生物学功能的启发，科学家们为卟啉分配了广泛的技术用途。然而，这些有机金属配合物在技术领域的任何实际应用都需要对待开发的分子特性进行纳米级控制。

来自ForschungszentrumJülich的一组科学家一直在研究这些系统，目的是微调它们的电子和磁性特性并了解控制界面相互作用的机制。“我们通过将镍-卟啉与铜耦合，这是一个高度交互的表面，朝着这个方向迈出了第一步。这种独特的组合产生了一些非常有趣的特性：例如，铜促进了卟啉中的显着电荷转移。此外，它触发中心金属镍的还原，使该系统的特征更接近最初启发我们的生物系统。因此，我们想知道，为什么不走得更远，利用Ni(I)'高反应性?”来自Jülich的VitaliyFeyer博士解释说

事实上，该界面处的不饱和低价镍(I)金属离子可用于催化，轴向配体(如双原子小分子)的附着为进一步控制氧化和自旋态提供了可能性。看似简单的方法却带来了有趣的发现：例如，将分子界面暴露于低剂量的二氧化氮会导致镍离子切换到更高的自旋状态。即使在埋入式多层系统中，化学活性低价镍离子也可以用二氧化氮进行功能化，从而选择性地调整金属中心的电子特性。

界面处的轴向配体配位自旋切换是一个可逆过程，通过界面的温和退火可以恢复原始状态。虽然镍在室温下用作可逆自旋开关，但大环骨架的电子结构(前沿轨道主要位于此处)未改变。“这样做的原因是卟啉与底物的强烈接触似乎表现为能量对应物，防止所谓的表面反式效应引起的进一步几何改变，”IuliaCojocariu博士说。PeterGrünbergInstitute的学生。这种方法以前从未在室温下观察到过，将来有可能被利用以将信息存储在卟啉中或者构建非常灵敏的传感器来检测二氧化氮等有害物质。

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