Nano Res.[單元]│中科院化學所王太山：金屬富勒烯超分子體系中電子自旋與熒光性質的協同作用

來源：DT半導體

近日，中科院化學所王太山等研究團隊，在金屬富勒烯超分子體系中自旋與熒光性質的協同作用方面研究取得進展，以“Synergistic modulation of spin and fluorescence signals in a nano-Saturn assembled by a metallofullerene and cycloparaphenylene nanohoop”為題，發表在《Nano Research》期刊上。

 研究內容與圖文 

分子基自旋材料在高密度信息存儲器、量子技術等方面具有重要的應用價值。其中，開殼層內嵌金屬富勒烯是一種獨特的分子基自旋體系，具有高的化學穩定性。中科院化學所王太山研究員團隊推動了金屬富勒烯電子自旋材料在納電子器件、傳感等領域的創新性應用。現階段，需要進一步探索金屬富勒烯的電子自旋特性，設計新型的自旋體系，開發金屬富勒烯自旋材料的功能。

在該研究中，團隊先構筑了金屬富勒烯Sc₃C₂@C₈₀與環苯撐納米環的超分子體系（Sc₃C₂@C₈₀?TB[12]CPP和Sc₃C₂@C₈₀?[12]CPP），然后，通過變溫電子順磁共振(EPR)和變溫熒光測試獲得了客體Sc₃C₂@C₈₀的EPR信號和主體環苯撐的熒光光譜隨溫度的變化趨勢，并進行分析。

結果表明，從290 K下降至170 K溫度變化過程中，客體Sc₃C₂@C₈₀的EPR信號和本體環苯撐的熒光具有同步的變化。另外通過變溫核磁氫譜和理論計算，發現超分子體系中自旋與熒光性質的協同作用，來源于變溫時主客體作用的改變。對比研究發現，主客體作用越強，自旋與熒光的協同越顯著。這些研究表明超分子組裝可用于設計具有光磁耦合性質的新型分子自旋體系，從而適用于信息處理、量子科學等前沿技術。

圖1. Sc₃C₂@C₈₀?TB[12]CPP超分子體系中的自旋與熒光協同作用示意圖。

圖2. Sc₃C₂@C₈₀?[12]CPP的 (a)分子結構和 (b) 電子自旋密度分布圖。Sc₃C₂@C₈₀?TB[12]CPP的 (c)分子結構和 (d) 電子自旋密度分布圖。