分子材料的直接電探測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，通過石墨烯電阻的變化電檢測分子晶體中的相變。通過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)電選通開辟了一種新的可能性，可以以遠(yuǎn)距離無接觸地電探測分子材料中的化學(xué)和物理過程，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階段過渡的設(shè)備響應(yīng)。
Figure 4. 不同間隔層厚度的無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
