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Spin-selective chiral nano-cages for molecular spintronics

Projektbeschreibung

Neue Impulse für Speichersysteme und Quantencomputer

Herkömmliche Computer speichern Informationen hauptsächlich auf zwei Arten: langfristig mit Informationen, die in der Magnetisierungsrichtung kleiner Bereiche von magnetischen Medien kodiert sind, und kurzfristig mit elektrisch gespeicherten Informationen. Spintronik-Geräte nutzen den Drehimpuls des Elektrons und nicht dessen Ladung, um Informationen zu verarbeiten. Die herkömmliche Spintronik basiert auf anorganischen magnetischen Materialien und den damit verbundenen technischen Herausforderungen. Im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen wird im SPINCS-Projekt die Verwendung von spinselektiven chiralen supramolekularen Nanokäfigen untersucht. Dabei wird der Drehimpuls bei der Anregung mit Licht je nach Händigkeit der chiralen Moleküle vom Wirtsmolekül des Käfigs auf das kleinere Gastmolekül übertragen, was eine beispiellos steuerbare Speicherung oder Umschaltung von Drehimpulsen ermöglicht.

Ziel

Conventional electronics employs the electron’s charge to process information. An alternative route is to utilise its spin instead, promising for realising equivalent devices that operate far more energy-efficiently, but also paving the way for entirely new applications like non-volatile memory or quantum computing. Previous attempts to realise such spintronics platforms were based on inorganic magnetic materials, often requiring very low temperatures and highest material purities that involve energy-extensive fabrication processes. Within this highly interdisciplinary project, I will explore an entirely different avenue towards spin-control which is based on the concept of chirality in novel molecular self-assemblies. Together with experts in synthetic chemistry, I have designed supramolecular cages that are chiral and can also encapsulate smaller molecules inside. Upon excitation with light, an electron can be transferred from the host to the guest, and with it the desired spin based on the chosen handedness of the molecules. This enables spin storage or switching and thus to encode information. To this end, I will combine time-resolved optical and electron spectroscopy to unravel the mechanism of chirality-induced spin-selectivity in such supramolecular structures, and then employ it for spin-dependent charge transfer from host to guest, tunable through spin-orbit coupling of the chosen building blocks. As such, I will exploit the versatility of a chemical bottom-up approach combined with light-matter interactions for the first time in chiral supramolecular nanostructures for unprecedented optical spin control, dictated by molecular design. This research will open up the path to molecular spintronics applications like memory storage, sensors or logic devices for quantum computing.

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Koordinator

RUPRECHT-KARLS-UNIVERSITAET HEIDELBERG
Netto-EU-Beitrag
€ 246 669,12
Adresse
Seminarstrasse 2
69117 Heidelberg
Deutschland

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Region
Baden-Württemberg Karlsruhe Heidelberg, Stadtkreis
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
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Weitere Finanzmittel
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