分子材料的直接電探測(cè)常常因其絕緣性而受到損害。在此，我們將石墨烯與分子自旋交聯(lián)復(fù)合物[Fe(bapbpy)(NCS)
2]的單晶相互連接，通過(guò)石墨烯電阻的變化電檢測(cè)分子晶體中的相變。通過(guò)使用絕緣聚合物隔離層將晶體與石墨烯分離，可以實(shí)現(xiàn)非接觸傳感。對(duì)于機(jī)械效應(yīng)，它會(huì)影響石墨烯片的導(dǎo)電性，但可以使用更厚的墊片將其影響降到最小。在自旋交叉實(shí)驗(yàn)中，我們觀察到了石墨烯中的狄拉克點(diǎn)位移。經(jīng)計(jì)算建模證實(shí)，該狄拉克點(diǎn)位移是由于石墨烯片內(nèi)部的晶體產(chǎn)生的與相位相關(guān)的靜電勢(shì)引起的。這種效應(yīng)被稱為化學(xué)-電子門控，表明分子材料可以作為設(shè)計(jì)石墨烯基電子器件的襯底。 因此，化學(xué)電選通開(kāi)辟了一種新的可能性，可以以遠(yuǎn)距離無(wú)接觸地電探測(cè)分子材料中的化學(xué)和物理過(guò)程，這可以增強(qiáng)其在技術(shù)應(yīng)用(例如，傳感器)中的使用。
Figure 1. 制備裝置。A)構(gòu)建在自旋交叉(SCO)微晶體上的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的示意圖。B)化合物1的分子結(jié)構(gòu)，[Fe(bapbpy)(NCS)
2]。C)化合物1單晶的磁化率(χmT)與溫度的關(guān)系。D)在SCO晶體上制作石墨烯晶體管的分步示意圖。
Figure 2. 利用化學(xué)-電選通技術(shù)檢測(cè)自旋相變。A) SCO材料中高自旋分子的電阻(藍(lán)色、紅色)和xHS分?jǐn)?shù)隨溫度的變化。B)石墨烯晶體管電阻和溫度隨時(shí)間變化的情況。C) dR/dt, R在第一次躍遷前歸一化，以及溫度隨時(shí)間的變化.
Figure 3. 遠(yuǎn)程檢測(cè)具有不同墊片厚度的自旋交叉。A)設(shè)備對(duì)第一階段到第二階段轉(zhuǎn)變的響應(yīng)。B) II至I階段過(guò)渡的設(shè)備響應(yīng)。
Figure 4. 不同間隔層厚度的無(wú)電極器件在多重自旋交叉作用下的拉曼光譜研究。A)在第一個(gè)SCO周期中，相I的2D峰值為243 K，相II的峰值為223 K。B)多次躍遷后的2D峰值。
Figure 5. 頂門控柵極GFET中的自旋相變引起的狄拉克點(diǎn)位移。A)頂部門控GFET的側(cè)視圖示意圖。B)一個(gè)溫度循環(huán)前后293k處的電導(dǎo)與柵電位。C) Dirac點(diǎn)和HS分子在SCO晶體中的xHS分?jǐn)?shù)隨溫度的變化。D)實(shí)驗(yàn)工作的高自旋和中間相的電阻與柵極電勢(shì)的關(guān)系和 基于計(jì)算工作的擬合。
Figure 6. 石墨烯的化學(xué)電氣門控示意圖。
相關(guān)研究成果于2020年由萊頓大學(xué)Grégory F. Schneider課題組，發(fā)表在Adv. Mater. ( https://doi.org/10.1002/adma.201903575.)上。原文：Contactless Spin Switch Sensing by Chemo-Electric Gating of Graphene
