表面自旋交叉的工程化：可真空升华功能分子自组装膜中的自旋态切换

实现基于自旋交叉(SCO)的应用需要研究 SCO 配合物分子在纳米结构环境特别是表面上的自旋态切换特性。除极少数情况外，表面束缚的薄分子膜的 SCO 由于(i)强分子-表面相互作用和(ii)膜中不同于块体的分子间相互作用而被猝灭或严重改变。通过在弱相互作用表面如高定向热解石墨(HOPG)和氮化铜(CuN)上制备 SCO 配合物，界面猝灭问题已得到解决。然而，在薄 SCO 活性膜中调控分子间相互作用相当困难。本工作提出一种分子自组装策略，以制备具有可编程分子间相互作用的薄自旋可切换表面束缚膜。对母体配合物体系 [Fe(H$_{2}$B(pz)$_{2}$)$_{2}$(bpy)] (pz = 吡唑, bpy = 2,2'-联吡啶)进行分子工程，引入十二烷基(C$_{12}$)烷基链，得到了一种经典的两亲性类功能且可真空升华的电荷中性 Fe$^{\rm II}$ 配合物，[Fe(H$_{2}$B(pz)$_{2}$)$_{2}$(C$_{12}$-bpy)] (C$_{12}$-bpy = 十二烷基[2,2'-联吡啶]-5-羧酸酯)。该配合物的块体粉末和石英玻璃/SiO$_{\rm x}$ 表面上的 10 nm 薄膜，由于块体和薄膜状态下相似的层状双分子层类自组装/分子相互作用，表现出可比的自旋态切换特性。这一前所未有的观察结果预示着 SCO 基应用特别是分子自旋电子学的发展前景良好。