【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及分子光電器件，尤其涉及一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器及其制備方法。
技術介紹
1、現有的存儲技術，尤其是半導體存儲器和磁性存儲器，面臨著存儲密度、速度和功耗等方面的瓶頸。磁性存儲器在寫入過程中依賴外部磁場，導致能耗較高且響應速度較慢。半導體存儲器（如閃存）在小型化過程中容易遭遇退化、熱穩定性差等問題，且讀寫速度難以滿足大規模數據處理的需求。因此，迫切需要一種新型存儲器，能夠在低功耗下實現高速、高密度的數據存儲，并解決現有技術的瓶頸。
技術實現思路
1、本專利技術旨在至少解決相關技術中存在的技術問題之一。為此，本專利技術提供一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器及其制備方法，通過集成光電效應、手性誘導自旋選擇效應（ciss）、自旋轉移力矩效應（stt）、自旋軌道矩效應（sot）以及隧穿磁阻效應（tmr）等多種機制，大幅提升了存儲器的讀寫速度（達到納秒級），顯著降低了功耗（達到納安級），為下一代超高速、低功耗、高集成的自旋電子學存儲器提供了全新的解決方案。
2、本專利技術提供一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器，包括：
3、磁性金屬有機配合物，所述磁性金屬有機配合物具有手性誘導自旋選擇效應，自組裝成兩種手性相反的α螺旋結構；所述磁性金屬有機配合物具有雙波長光電效應，不同光照波長激發不同光敏基團產生光電流；
4、石墨烯納米間隙陣列電極，所述磁性金屬有機配合物通過酰胺共價鍵連接于所述石墨烯納米間隙陣列電極中形成磁性金屬有機配
5、磁性隧道結，所述磁性隧道結對稱設置于所述磁性金屬有機配合物異質結兩側；
6、重金屬背柵，所述石墨烯納米間隙陣列電極以及所述磁性金屬有機配合物均組裝于所述重金屬背柵的頂部。
7、進一步地，所述磁性金屬有機配合物的結構式為：
8、
9、其中，n為6~10的整數；m為6~10的整數；m為鐵、鈷、鎳中的任意一種。
10、進一步地，所述磁性隧道結包括依次層疊的隧穿層和磁性金屬層，所述隧穿層包括氧化鋁、氧化鎂或二硫化鉬中任意一種，磁性金屬層包括鐵、鈷或鎳中任意一種，所述隧穿層組裝于所述重金屬背柵的頂部，所述隧穿層厚度為0.8~1.2?nm，所述磁性金屬層厚度為80~100?nm。
11、進一步地，所述重金屬背柵包括依次層疊的鉑層、氧化鋁層以及氧化鉿層，其中底部為鉑層，沉積厚度為50~80?nm，氧化鋁層的沉積厚度為0.5~1?nm，頂部為氧化鉿層，沉積厚度為0.5~1?nm。
12、進一步地，還包括六方氮化硼保護層，所述六方氮化硼保護層覆蓋在所述磁性隧道結、所述石墨烯納米間隙陣列電極以及所述磁性金屬有機配合物異質結頂部。
13、本專利技術還提供一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器的制備方法，用于制備上述任一項所述一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器，包括如下步驟：
14、s1：制備磁性金屬有機配合物；
15、s2：制備重金屬背柵；
16、s3：制備石墨烯納米間隙陣列電極，在石墨烯納米間隙陣列電極兩側制備對稱的磁性隧道結；
17、s4：將磁性金屬有機配合物與石墨烯納米間隙陣列電極通過共價鍵連接，獲得單分子自旋存儲器；
18、s5：將單分子自旋存儲器組裝在重金屬背柵的正上方并在單分子自旋存儲器的正上方制備六方氮化硼保護層，獲得基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器。
19、進一步地，s2包括如下步驟：
20、s21：在熱氧化處理過的硅片上進行sio2的沉積；
21、s22：使用直流磁控濺射技術在室溫下在sio2上沉積鉑層；
22、s23：使用交流磁控濺射技術在室溫下在鉑層上沉積氧化鋁層；
23、s24：使用原子層沉積技術在100℃~200℃下在氧化鋁層上沉積頂部的氧化鉿層，獲得背柵樣品；
24、s25：將背柵樣品進行退火處理，獲得重金屬背柵。
25、進一步地，s3包括如下步驟：
26、s31：采用化學氣相沉積法在銅箔表面生長單層石墨烯，并借助聚甲基丙烯酸甲酯將其轉移至硅片表面；
27、s32：利用紫外光刻機進行第一次光刻，在石墨烯表面制作標記圖案并蒸鍍金屬cr和au；
28、利用紫外光刻機進行第二次光刻，在石墨烯表面制作條帶圖案，并置于反應離子刻蝕機中刻蝕，獲得石墨烯條帶結構；
29、利用紫外光刻機進行第三次光刻，在石墨烯條帶結構左右兩側制作電極圖案，并通過磁控濺射依次蒸鍍氧化鎂和鈷，得到石墨烯條帶兩側的磁性隧道結；
30、s33：在兩側帶有磁性隧道結的石墨烯條帶結構表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯保護層，用電子束曝光技術制作平行于金屬電極的聚甲基丙烯酸甲酯虛線窗口，通過反應離子刻蝕機透過聚甲基丙烯酸甲酯窗口將石墨烯打斷成頭對頭的三角形陣列，并通過電燒斷得到石墨烯納米間隙陣列電極。
31、進一步地，s4包括如下步驟：
32、s41：將磁性金屬有機配合物和脫水活化劑混合，在無水無氧環境中溶解于溶劑中，得到混合溶液；
33、s42：將含石墨烯納米間隙點電極的器件密封于兩口燒瓶中，反復進行抽換氣操作，加入所述混合溶液，使反應處于惰性氣體氛圍中，黑暗條件下反應24~48?h，取出，洗滌，干燥，得到單分子自旋存儲器。
34、進一步地，所述脫水活化劑選自1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸、二環己基碳二亞胺或n,n’-二異丙基碳二亞胺中的任意一種；所述溶劑選自吡啶、二甲基亞砜或三氯苯中的任意一種；所述惰性氣體為氬氣或氮氣；所述磁性金屬有機配合物與所述脫水活化劑的摩爾比為1:(20-40)；所述脫水活化劑的濃度為2×10-3~?4×10-3mol/l。
35、本專利技術實施例中的上述一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果之一：
36、本專利技術提供的一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器及其制備方法，通過光電效應、手性誘導自旋選擇效應（ciss）、自旋轉移力矩效應（stt）和自旋軌道矩效應（sot）的結合，提供了高效的自旋存儲解決方案。無需使用偏振光，通過雙波長光電效應直接激發分子內的光敏基團，產生的光電流通過手性自旋選擇效應（ciss）轉化為自旋極化電流。流經手性螺旋多肽后，不同手性結構產生不同自旋方向的電流，實現精確的自旋控制。進一步利用stt效應，注入磁性金屬原子引發自旋翻轉，用于信息寫入。此外，sot效應通過將寫入路徑與讀取路徑分開，減少了磁隧道結的擊穿風險，顯著提高了讀寫速度（納秒級）并降低了功耗（納安級）。這一系列技術的綜合應用，推動了高速度、低功耗、高穩定性的自旋電子學存儲器的發展。
37、本專利技術的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術的實踐了解到。
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1.一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器，其特征在于，所述磁性金屬有機配合物的結構式為：
3.根據權利要求1所述的一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器，其特征在于，所述磁性隧道結包括依次層疊的隧穿層和磁性金屬層，所述隧穿層包括氧化鋁、氧化鎂或二硫化鉬中任意一種，磁性金屬層包括鐵、鈷或鎳中任意一種，所述隧穿層組裝于所述重金屬背柵的頂部，所述隧穿層厚度為0.8~1.2?nm，所述磁性金屬層厚度為80~100?nm。
4.根據權利要求1所述的一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器，其特征在于，所述重金屬背柵包括依次層疊的鉑層、氧化鋁層以及氧化鉿層，其中底部為鉑層，沉積厚度為50~80?nm，氧化鋁層的沉積厚度為0.5~1?nm，頂部為氧化鉿層，沉積厚度為0.5~1?nm。
5.根據權利要求1所述的一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器，其特征在于，還包括六方氮化硼保護層，所述六方氮化硼保護層覆蓋在所述磁性隧道結、所述石墨烯納米間隙陣列電極以及
6.一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器的制備方法，其特征在于，用于制備如權利要求1至5任一項所述一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器，包括如下步驟：
7.根據權利要求6所述的一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器的制備方法，其特征在于，S2包括如下步驟：
8.根據權利要求6所述的一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器的制備方法，其特征在于，S3包括如下步驟：
9.根據權利要求6所述的一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器的制備方法，其特征在于，S4包括如下步驟：
10.根據權利要求9所述的一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器的制備方法，其特征在于，所述脫水活化劑選自1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸、二環己基碳二亞胺或N,N’-二異丙基碳二亞胺中的任意一種；所述溶劑選自吡啶、二甲基亞砜或三氯苯中的任意一種；所述惰性氣體為氬氣或氮氣；所述磁性金屬有機配合物與所述脫水活化劑的摩爾比為1:(20-40)；所述脫水活化劑的濃度為2×10-3?~?4×10-3?mol/L。
...【技術特征摘要】
1.一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器，其特征在于，所述磁性金屬有機配合物的結構式為：
3.根據權利要求1所述的一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器，其特征在于，所述磁性隧道結包括依次層疊的隧穿層和磁性金屬層，所述隧穿層包括氧化鋁、氧化鎂或二硫化鉬中任意一種，磁性金屬層包括鐵、鈷或鎳中任意一種，所述隧穿層組裝于所述重金屬背柵的頂部，所述隧穿層厚度為0.8~1.2?nm，所述磁性金屬層厚度為80~100?nm。
4.根據權利要求1所述的一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器，其特征在于，所述重金屬背柵包括依次層疊的鉑層、氧化鋁層以及氧化鉿層，其中底部為鉑層，沉積厚度為50~80?nm，氧化鋁層的沉積厚度為0.5~1?nm，頂部為氧化鉿層，沉積厚度為0.5~1?nm。
5.根據權利要求1所述的一種基于雙波長光電效應的單分子自旋存儲器，其特征在于，還包括六方氮化硼保護層，所述六方氮化硼保護層覆蓋在所述磁性隧道結、所述石墨烯納米間隙陣列電極以及所述磁...
【專利技術屬性】
技術研發人員：賈傳成，宋樹鑫，田娣，岳非凡，郭雪峰，
申請(專利權)人：南開大學，
類型：發明
國別省市：
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