电子顺磁共振技术为分子构象测量提供新方法

分子半导体材料具有超长的室温自旋寿命，在实现室温高效自旋输运和调控方面具有极大潜力。研究分子半导体材料化学结构与自旋输运性质之间的构效关系，是开发高效自旋输运分子半导体材料以及构建高效自旋器件的重要基础，而电子顺磁共振（ESR）技术为该研究提供了有效的测量手段。

近日，国家纳米科学中心研究员孙向南课题组利用电子顺磁共振技术，在分子构象与材料自旋寿命构效关系研究方面取得新进展，相关成果已在线发表于《先进材料》。

同分异构是有机半导体材料的一种典型现象，由于同分异构体的元素组成完全相同，因此通常认为同分异构体之间的自旋寿命和输运性能差异不大。分子电子学研究中，互为结构异构体的两种小分子半导体材料（ITIC和BDTIC）具有确定的化学结构和较高的纯度。

基于对ITIC和BDTIC同分异构体的自旋输运性能的研究，课题组首次实验证明，尽管ITIC及其结构异构体BDTIC两种薄膜的电荷输运和分子堆积性质相似，但其自旋输运性能完全不同。通过进一步的电子顺磁共振实验和密度泛函理论计算，发现在BDTIC中形成的非共价构象锁可以增加自旋输运路径上的自旋轨道耦合作用，从而降低自旋寿命。

“研究表明，开发高效的自旋输运分子半导体材料必须考虑结构异构效应的影响。这为解决薄膜中构象锁定量测量提供了理论基础，也会在分子相变、聚集态结构研究中得到广泛应用。”该论文通讯作者、国家纳米科学中心研究员孙向南说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202402001