Konstgjorda molekylära switchar och maskiner har genomgått snabba framsteg under de senaste decennierna. Särskilt, konstgjorda molekylmotorer är mycket attraktiva ur chiralitetsbyte under rotationssteg. Nu, forskare tillverkade en elektronns rotationsfiltreringsanordning som kan ändra rotationspolarisationsriktningen genom ljusbestrålning eller termisk behandling. De nuvarande resultaten är fördelaktiga för utvecklingen av solid-state-funktioner som härrör från nanosiserade rörelser av molekylära switchar.

Inom spintronik, användningen av organiska material som "spinntransportmaterial" har nyligen fått stor uppmärksamhet eftersom de uppvisar långa centrifugeringsavslappningstider och långa centrifugeringslängder på grund av ljuselementens svaga spin-orbit-interaktion (SOI). Under tiden, den svaga SOI för organiska material blir en nackdel när de används som ett "centrifugeringsfilter". En spin-polariserad ström är, därför, genereras vanligtvis av oorganiska material med ferromagnetism eller starka SOI. Dock, den senaste upptäckten av spin-selektiv elektrontransport genom kirala molekyler, dvs. den så kallade chiralitetsinducerade spinselektivitetseffekten (CISS), föreslår en alternativ metod för att använda organiska material som spinnfilter för spintronikapplikationer. Genom denna effekt, höger- och vänsterhänta molekyler genererar ned- och upp-spinn, respektive. Dock, kirala molekyler som används i de experiment som hittills rapporterats är statiska molekyler. Därav, manipuleringen av spin-polarisationsriktningen av externa stimuli har inte realiserats ännu.

Nu, forskare vid Institute for Molecular Science, RIKEN, Nara Institute of Science and Technology, Suranaree University och Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology tillverkade en ny solid-state spin-filtreringsanordning som lägger ett tunt lager av artificiella molekylära motorer (Figur 1). Eftersom de artificiella molekylära motorerna visar 4 gånger kiralitetsinversion genom ljusbestrålning och termiska behandlingar under 360-graders molekylär rotation, rotationspolarisationsriktningen för elektroner som passerar genom molekylmotorerna bör bytas genom ljusbestrålning eller termiska behandlingar.

Figur 2 visar (vänster) magnetoresistans (MR) kurvor som registrerats efter olika synliga ljusstrålningstider för en anordning tillverkad med en vänsterhänt isomer. I utgångsläget, en tydlig antisymmetrisk MR -kurva med negativ lutning observerades, vilket innebär en klar upp-snurr-selektivitet. MR -signalen minskade när ljusbestrålning fortsatte, och slutligen var lutningen för MR -signalen inverterad till positiv, indikerar en ljusinducerad spinnväxling i den spinnpolariserade strömmen från upp-spinselektiv till nedspin genom vänsterhänt-till-högerhänt chiralitetsinversion. En efterföljande termisk aktiveringsprocess för den vänsterhänta isomeren inverterade lutningen på MR-kurvan från positiv till negativ igen, som visas i figur 2 (höger), vilket innebär en termisk aktiveringsinducerad spinn som växlar från ned-spin-selektiv till upp-spin-selektiv genom högerhänt-till-vänsterhänt chiralitetsinversion. Liknande fenomen observerades i efterföljande mätningar efter fotobestrålning och termiska behandlingar. Denna serie av experiment visade tydligt att 4 gånger spinnväxling inducerades under 360-graders rotationen av molekylmotorerna.

I denna nya typ av nya organiska spintronics -enheter, högerhänt/vänsterhänt kiralitet, som är ursprunget till spin-polarisationsgenerering genom CISS-effekten, är omkonfigurerbar genom externa stimuli och exakt kontroll av spin-polarisationsriktningen i de spin-polariserade strömmarna genom att använda en artificiell molekylär motor realiserades, för första gången. De nuvarande resultaten är fördelaktiga för utvecklingen av nästa generations organiska foto/termospintroniska enheter kombinerat med molekylära maskiner.