磁性電極無損轉移制備高性能自旋電子器件獲進展

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自旋電子器件能高效利用電子自旋進行信息存儲、傳輸和處理，目前已成功應用于電腦硬盤。為實現性能更優異、功能更加豐富的自旋電子器件，分子半導體材料憑借其遠高于其他材料的自旋壽命而成為近年來自旋電子學領域的研究熱點。

國家納米科學中心研究員孫向南課題組長期專注于分子自旋電子器件研究，目前已在分子半導體材料與自旋特性的構效關系、分子自旋電子器件中的界面效應、新型功能性分子自旋電子器件等方面取得系列研究進展。近日，該課題組開發出一種聚合物薄膜輔助應變限制無損轉移鐵磁電極的方法，并成功應用于高性能和高重復性自旋電子器件的構筑。相關成果已在線發表于《自然—通訊》。

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鐵磁電極無損轉移制備自旋電子器件步驟示意。課題組供圖

由兩個鐵磁電極和非磁性中間層組成的垂直“三明治”結構是自旋電子器件最典型的器件結構。然而，現有頂部磁性電極直接沉積過程中，高動能和熱能的電極金屬原子往往會侵染并損傷非磁性中間層，從而影響器件的性能和可重復性。為避免金屬電極直接沉帶來的界面金屬絲滲透和破壞脆弱中間層的問題，電極轉移技術應運而生。該技術依賴于金屬電極的預沉積并將其轉移到目標材料上。然而，目前無論是濕法還是干法轉移技術都面臨嚴重挑戰。濕法轉移過程使用的溶劑往往會引入新的雜質，造成額外散射中心；干法轉移過程產生的應變會損傷鐵磁電極原本特性。

該研究中，孫向南團隊通過使用高模量聚合物支撐薄膜，將鐵磁電極的應變限制在極低水平，以確保在轉移過程中鐵磁電極的特性得以保持。該工作成功實現了鐵磁電極的高質量轉移，其微觀形貌、電學、磁學等性質在轉移前后均保持不變。通過這種無損轉移鐵磁電極的方法，構建了界面均勻且無侵染的自旋電子器件，降低了界面處的自旋相關散射，提高了器件的性能和可重復性。此外，該方法還具有普適性，能夠適用于包含不同類型材料和結構的器件，為構建高質量的半導體器件提供了一種新的途徑，同時還展現了在大面積器件陣列中的潛在應用。