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Encoding Information on the Excited State of a Molecular Spin Chain

Authors :
Di Wang
Ufuk Halisdemir
D. Spor
Bhavishya Chowrira
Daniel Lacour
Samy Boukari
K. Katcko
Martin Bowen
Arnaud Boulard
Victor Da Costa
L. M. Kandpal
Franck Ngassam
Damien Mertz
Eric Beaurepaire
Michel Hehn
Mebarek Alouani
C. Kieber
Torsten Scherer
François Montaigne
A. Bahouka
B. Leconte
E. Sternitzky
N. Beyer
Pierre Panissod
F. Schleicher
Jacek Arabski
E. Urbain
Wolfgang Weber
Christian Kübel
Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
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Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institute of Nanotechnology [Karlsruhe] (INT)
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
Institut Jean Lamour (IJL)
Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
IREPA LASER (IREPA LASER)
Technical University Darmstadt (TU)
ANR-16-CE06-0004,NECtAR,Interfaces réactives pour la conversion d'énergie nanofluidique(2016)
ANR-09-JCJC-0137,SpinMarvel,Memristive Optospintronics(2009)
ANR-14-CE26-0009,Spinapse,Spinapses OptoElectroniques Interconnectées(2014)
ANR-11-LABX-0058,NIE,Nanostructures en Interaction avec leur Environnement(2011)
ANR-06-NANO-0033,SPINORGA,Transport polarise en spin dans des heterostructures metal ferromagnétique / molecule metalo-organique(2006)
Lacour, Daniel
Interfaces réactives pour la conversion d'énergie nanofluidique - - NECtAR2016 - ANR-16-CE06-0004 - AAPG2016 - VALID
Jeunes chercheuses et jeunes chercheurs - Memristive Optospintronics - - SpinMarvel2009 - ANR-09-JCJC-0137 - JCJC - VALID
Appel à projets générique - Spinapses OptoElectroniques Interconnectées - - Spinapse2014 - ANR-14-CE26-0009 - Appel à projets générique - VALID
Nanostructures en Interaction avec leur Environnement - - NIE2011 - ANR-11-LABX-0058 - LABX - VALID
Programme National en Nanosciences et Nanotechnologies (PNANO) - Transport polarise en spin dans des heterostructures metal ferromagnétique / molecule metalo-organique - - SPINORGA2006 - ANR-06-NANO-0033 - PNANO - VALID
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE)
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Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Technische Universität Darmstadt - Technical University of Darmstadt (TU Darmstadt)
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Source :
Advanced Functional Materials, Advanced Functional Materials, Wiley, 2021, 31 (15), pp.2009467. ⟨10.1002/adfm.202009467⟩, Advanced Functional Materials, 2021, 31 (15), pp.2009467. ⟨10.1002/adfm.202009467⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

International audience; The quantum states of nano-objects can drive electrical transport properties across lateral and local-probe junctions. This raises the prospect, in a solid-state device, of electrically encoding information at the quantum level using spinflip excitations between electron spins. However, this electronic state has no defined magnetic orientation and is short-lived. Using a novel vertical nanojunction process, these limitations are overcome and this steady-state capability is experimentally demonstrated in solid-state spintronic devices. The excited quantum state of a spin chain formed by Co phthalocyanine molecules coupled to a ferromagnetic electrode constitutes a distinct magnetic unit endowed with a coercive field. This generates a specific steady-state magnetoresistance trace that is tied to the spin-flip conductance channel, and is opposite in sign to the ground state magnetoresistance term, as expected from spin excitation transition rules. The experimental 5.9 meV thermal energy barrier between the ground and excited spin states is confirmed by density functional theory, in line with macrospin phenomenological modeling of magnetotransport results. This low-voltage control over a spin chain's quantum state and spintronic contribution lay a path for transmitting spin wave-encoded information across molecular layers in devices. It should also stimulate quantum prospects for the antiferromagnetic spintronics and oxides electronics communities.

Details

Language :
English
ISSN :
1616301X and 16163028
Database :
OpenAIRE
Journal :
Advanced Functional Materials, Advanced Functional Materials, Wiley, 2021, 31 (15), pp.2009467. ⟨10.1002/adfm.202009467⟩, Advanced Functional Materials, 2021, 31 (15), pp.2009467. ⟨10.1002/adfm.202009467⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....cf0d248a98daac628bfdd8c5c648b672
Full Text :
https://doi.org/10.1002/adfm.202009467⟩