Warszawa, 13 października 2022

Zjawisko kolektywnej polaryzacji spinów molekuł chiralnych obserwowane metodami skaningowej spektroskopii tunelowej

W pracy opublikowanej ostatnio w czasopiśmie ACS Appl. Mater. Interfaces (Nr 14, str. 38013-38020, 2022) pokazaliśmy, że wysoka rozdzielczość przestrzenna i energetyczna układu STM pozwala na zbadanie korelacji szczegółów strukturalnych z właściwościami transmisji elektronów przez hybrydowe złącze. W ten sposób, poprzez analizę prądów tunelowych dla trybów stałego prądu i stałej wysokości dla konfiguracji MCo = ↑ i MCo = ↓, polaryzacje spinowe zostały szczegółowo określone. Największy stopień polaryzacji spinowej zaobserwowano dla dobrze uporządkowanych struktur monowarstwowych polialaniny (PA), gdzie zakończenie cysteinowe cząsteczki PA wiąże się z powierzchnią Au, a cząsteczki PA tworzą samoorganizującą się monowarstwę. Efekt CISS w cząsteczkach helikalnych zależy więc od rodzaju uporządkowania cząsteczek helikalnych, co wskazuje, że jest to efekt kooperacyjny, a także od chropowatości powierzchni warstwy osłaniającej w nanostrukturach Au/Co/Au. W takich hybrydowych nanostrukturach analizowano różnice w prądach tunelowania dla dodatnich i ujemnych wartości przyłożonego napięcia (bias). Zarówno dla typu SAM jak i klastrów uporządkowania cząsteczek PA, polaryzacja spinowa uzyskana dla elektronów tunelujących wzdłuż niezajętych stanów cząsteczek jest większa w porównaniu z polaryzacją elektronów w procesach transmisji wzdłuż najwyżej zajętych stanów. Wyjaśniamy tę obserwację jako rezultat większego pokrycia orbitali skutkującego większą mobilnością elektronów wzdłuż takiego kanału molekularnego. Ponadto, silna zależność prądu tunelowania w hybrydowej nanostrukturze Au/Co/Au/PA od odległości końcówka-próbka została wykorzystana do ilościowej analizy magnetooporu. W oparciu o model Jullière'a, polaryzacja spinowa została wyprowadzona ze zmiany odległości tip-sample Δz. Otwiera to drogę do określenia polaryzacji spinowej tzw. "zagrzebanych warstw magnetycznych" lub, jeśli znana jest polaryzacja spinowa warstwy magnetycznej, polaryzacji spinowej w cząsteczkach helikalnych i być może wszystkich innych chiralnych (niehelikalnych) układów hybrydowych. Hipoteza ta wymaga jednak dalszych badań.

PRACE NAUKOWE:

[1] "Cooperative Effect of Electron Spin Polarization in Chiral Molecules Studied with Non-Spin-Polarized Scanning Tunneling Microscopy",
      Thi Ngoc Ha Nguyen, L. Rasabathina, O. Hellwig, A. Sharma, G. Salvan, S. Yochelis, Y. Paltiel, L. T. Baczewski, and Ch. Tegenkamp,
      ACS Appl. Mater. Interfaces, 14, 33, 38013 38020 (2022).

KONTAKTY DO NAUKOWCÓW:

     prof. dr hab. Lech T. Baczewski

       Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk

       tel. +221163320

       email: bacze@ifpan.edu.pl

MATERIAŁY GRAFICZNE:

Rysunek 1 (a) Model helikalnej 31-merowej cząsteczki polialaniny. (b) Obraz STM (80 × 80 nm2) czystej powierzchni Au/Co/Au. Górna wstawka: krzywa namagnesowania struktury Au/Co/Au w funkcji pola magnetycznego przyłożonego prostopadle do powierzchni próbki, zmierzona metodą Polar-MOKE. Dolna wstawka: skan liniowy pokazujący wysokość stopnia 2.3 Å i płaskie tarasy warstwy Au. (c) Schemat układu pomiaru STM pokazujący układ hybrydowy, składający się ze szczeliny tunelowej, cząsteczki chiralnej i podłoża magnetycznego. Namagnesowanie prostopadłe warstwy Co, MCo, jest przełączane przez zewnętrzny magnes. Wstawka z lewej strony: obraz STM wysokiej rozdzielczości 36-merowych cząsteczek L-PA na cienkiej warstwie Au(111) wyhodowanej na mice. Średnia odległość międzycząsteczkowa tej ściśle upakowanej fazy wynosi 1.2 nm.