Kunstmatige moleculaire schakelaars en machines hebben de afgelopen decennia een snelle ontwikkeling doorgemaakt. Bijzonder, kunstmatige moleculaire motoren zijn zeer aantrekkelijk vanuit het oogpunt van chiraliteitsschakeling tijdens rotatiestappen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers fabriceerden een spin-filterapparaat van een elektron dat de richting van de spinpolarisatie kan veranderen door lichtbestraling of thermische behandeling. De huidige resultaten zijn gunstig voor de ontwikkeling van solid-state-functionaliteiten die voortkomen uit bewegingen van moleculaire schakelaars op nanoschaal.

In spintronica, het gebruik van organische materialen als een "spintransportmateriaal" heeft onlangs veel aandacht gekregen omdat ze lange spin-ontspanningstijden en lange spin-diffusielengtes vertonen als gevolg van de zwakke spin-baaninteractie (SOI) van lichte elementen. In de tussentijd, de zwakke SOI van organische materialen wordt een nadeel wanneer ze worden gebruikt als een "spinfilter". Een spin-gepolariseerde stroom is, daarom, meestal gegenereerd door anorganische materialen met ferromagnetisme of sterke SOI's. Echter, de recente vondst van spin-selectief elektronentransport door chirale moleculen, d.w.z., het zogenaamde chiraliteit-geïnduceerde spinselectiviteit (CISS) effect, suggereert een alternatieve methode om organische materialen te gebruiken als spinfilters voor spintronica-toepassingen. Door dit effekt, rechtshandige en linkshandige moleculen genereren down- en up-spin, respectievelijk. Echter, chirale moleculen die in de tot dusver gerapporteerde experimenten zijn gebruikt, zijn statische moleculen. Vandaar, de manipulatie van spin-polarisatierichting door externe stimuli is nog niet gerealiseerd.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Instituut voor Moleculaire Wetenschappen, RIKEN, Nara Instituut voor Wetenschap en Technologie, Suranaree University en Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology hebben een nieuw solid-state spinfilterapparaat gefabriceerd dat een dunne laag kunstmatige moleculaire motoren omhult (Figuur 1). Omdat de kunstmatige moleculaire motoren 4 keer chiraliteitsinversie vertonen door lichtbestraling en thermische behandelingen tijdens de 360-graden moleculaire rotatie, de spin-polarisatierichting van elektronen die door de moleculaire motoren gaan, moet worden geschakeld door lichtbestraling of thermische behandelingen.

Figuur 2 toont (links) de magnetoweerstand (MR)-curves die zijn opgenomen na verschillende bestralingstijden met zichtbaar licht voor een apparaat dat is vervaardigd met een linkshandig isomeer. In de begintoestand, een duidelijke antisymmetrische MR-curve met een negatieve helling werd waargenomen, wat een duidelijke up-spin selectiviteit betekent. Het MR-signaal nam af naarmate de lichtbestraling vorderde, en uiteindelijk werd de helling van het MR-signaal omgekeerd naar positief, wat wijst op een door licht geïnduceerde spin-omschakeling in de spin-gepolariseerde stroom van up-spin selectief naar down-spin door de linkshandige naar rechtshandige chiraliteitsinversie. Een daaropvolgend thermisch activeringsproces voor de linkshandige isomeer keerde de helling van de MR-curve weer om van positief naar negatief, zoals weergegeven in figuur 2 (rechts), wat een door thermische activering geïnduceerde spin-omschakeling impliceert van down-spin selectief naar up-spin selectief door de rechtshandige naar linkshandige chiraliteitsinversie. Soortgelijke verschijnselen werden waargenomen in daaropvolgende metingen na fotobestraling en thermische behandelingen. Deze reeks experimenten toonde duidelijk aan dat 4 keer spin-switching werd geïnduceerd tijdens de 360-graden rotatie van de moleculaire motoren.

In dit nieuwe type nieuw organisch spintronica-apparaat, de rechtshandige/linkshandige chiraliteit, wat de oorsprong is van het genereren van spin-polarisatie door het CISS-effect, is herconfigureerbaar door externe stimuli en nauwkeurige controle van de spin-polarisatierichting in de spin-gepolariseerde stromen door gebruik te maken van een kunstmatige moleculaire motor werd gerealiseerd, Voor de eerste keer. De huidige resultaten zijn gunstig voor de ontwikkeling van organische foto/thermospintronische apparaten van de volgende generatie in combinatie met moleculaire machines.