Gli interruttori e le macchine molecolari artificiali hanno subito rapidi progressi negli ultimi decenni. Particolarmente, i motori molecolari artificiali sono molto attraenti dal punto di vista della commutazione di chiralità durante le fasi di rotazione. Ora, i ricercatori hanno fabbricato un dispositivo di filtraggio dello spin di un elettrone in grado di cambiare la direzione di polarizzazione dello spin mediante irradiazione della luce o trattamento termico. I risultati attuali sono utili per lo sviluppo di funzionalità allo stato solido che emergono da movimenti nanometrici di interruttori molecolari.

Nella spintronica, l'uso di materiali organici come "materiale di trasporto di spin" ha recentemente attirato un'attenzione significativa in quanto mostrano lunghi tempi di rilassamento dello spin e lunghe lunghezze di diffusione dello spin a causa della debole interazione spin-orbita (SOI) degli elementi leggeri. Nel frattempo, la debole SOI dei materiali organici diventa un inconveniente quando vengono utilizzati come "filtro di spin". Una corrente polarizzata di spin è, perciò, tipicamente generato da materiali inorganici con ferromagnetismo o SOI forti. Però, la recente scoperta del trasporto di elettroni selettivo per lo spin attraverso molecole chirali, cioè., il cosiddetto effetto di selettività di spin indotta dalla chiralità (CISS), suggerisce un metodo alternativo per utilizzare materiali organici come filtri di spin per applicazioni di spintronica. Attraverso questo effetto, le molecole destrorse e mancine generano spin verso il basso e verso l'alto, rispettivamente. Però, le molecole chirali utilizzate negli esperimenti finora riportati sono molecole statiche. Quindi, la manipolazione della direzione di polarizzazione dello spin da parte di stimoli esterni non è stata ancora realizzata.

Ora, ricercatori dell'Istituto di Scienze Molecolari, RIKEN, Istituto di scienza e tecnologia di Nara, La Suranaree University e il Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology hanno fabbricato un nuovo dispositivo di filtraggio dello spin a stato solido che racchiude un sottile strato di motori molecolari artificiali (Figura 1). Poiché i motori molecolari artificiali dimostrano un'inversione di chiralità 4 volte superiore per irradiazione luminosa e trattamenti termici durante la rotazione molecolare di 360 gradi, la direzione di polarizzazione dello spin degli elettroni che passano attraverso i motori molecolari dovrebbe essere commutata mediante irradiazione luminosa o trattamenti termici.

La Figura 2 mostra (a sinistra) le curve di magnetoresistenza (MR) registrate dopo vari tempi di irradiazione della luce visibile per un dispositivo fabbricato con un isomero sinistrorso. Nello stato iniziale, è stata osservata una chiara curva RM antisimmetrica con pendenza negativa, il che significa una chiara selettività verso l'alto. Il segnale MR diminuiva con il procedere dell'irradiazione luminosa, e infine la pendenza del segnale MR è stata invertita in positiva, indicando una commutazione di spin indotta dalla luce nella corrente polarizzata di spin da up-spin selettivo a down-spin attraverso l'inversione della chiralità da sinistra a destra. Un successivo processo di attivazione termica per l'isomero sinistrorso ha invertito nuovamente la pendenza della curva MR da positiva a negativa, come mostrato nella Figura 2 (a destra), implicando un passaggio di spin indotto dall'attivazione termica da selettivo con spin verso il basso a selettivo con spin verso l'alto attraverso l'inversione della chiralità da destra a sinistra. Fenomeni simili sono stati osservati in misurazioni successive dopo fotoirradiazione e trattamenti termici. Questa serie di esperimenti ha chiaramente dimostrato che durante la rotazione di 360 gradi dei motori molecolari è stata indotta una commutazione di spin di 4 volte.

In questo nuovo tipo di nuovo dispositivo di spintronica organica, la chiralità destrorsa/sinistra, che è l'origine della generazione di spin-polarizzazione attraverso l'effetto CISS, è riconfigurabile da stimoli esterni ed è stato realizzato un controllo preciso della direzione di polarizzazione di spin nelle correnti polarizzate di spin utilizzando un motore molecolare artificiale, per la prima volta. I risultati attuali sono utili per lo sviluppo di dispositivi organici foto/termospintronici di prossima generazione combinati con macchine molecolari.