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有機半導(dǎo)體材料由輕質(zhì)元素組成。該材料表現(xiàn)出較弱的自旋軌道耦合作用，能夠保持較長的自旋壽命，并在室溫下展現(xiàn)出自旋傳輸潛力。此前，科學(xué)家針對有機半導(dǎo)體在自旋閥中作為非磁性中間層的應(yīng)用開展了研究，但自旋傳輸效率依然較低。目前，有機半導(dǎo)體的自旋弛豫通常被認為是氫原子的超精細耦合所致，而在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機光電材料中僅考慮氫原子的作用是不全面的。因此，分子結(jié)構(gòu)和自旋弛豫對自旋傳輸?shù)淖饔糜绕湓谑覝叵碌挠绊戄^難明確。如何突破這些瓶頸以及在室溫下提升自旋傳輸效率，成為亟待解決的問題。中國科學(xué)院院士、化學(xué)研究所有機固體院重點實驗室研究員劉云圻與研究員郭云龍團隊，在高遷移率半導(dǎo)體領(lǐng)域取得了一系列進展。該團隊開發(fā)了新型分子材料體系，為探討自旋傳輸和材料微觀弛豫機制積累了研究經(jīng)驗。近期，該團隊與中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心、北京工業(yè)大學(xué)和清華大學(xué)的科研人員合作，揭示了氮原子在室溫下分子自旋弛豫過程中的作用，明晰了電子自旋與分子結(jié)構(gòu)組成之間的耦合關(guān)系。該研究在環(huán)化靛藍單元邊緣進行鹵素取代，在不改變自旋壽命的情況下將載流子遷移率提高了10倍，在室溫下實現(xiàn)了長達247nm自旋擴散長度和8.7%的磁阻比。進一步，該研究在室溫下觀測到N原子的超精細耦合對電子自旋的相干信號，證明了N原子在室溫下表現(xiàn)出比H原子更強的自旋耦合。同時，這一規(guī)律在多種光電功能分子中得到驗證。該研究提出的邊緣取代策略，為有機自旋輸運材料的設(shè)計工作提供了新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature?Communications）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部和中國科學(xué)院的支持。環(huán)化靛藍聚合物的室溫自旋輸運和弛豫作用機制