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Electrical read-out of light-induced spin transition in thin film spin crossover/graphene heterostructures

Authors :
Aditya Singh
Arnaud Brosseau
Talal Mallah
Nikita Konstantinov
Ulrich Nguétchuissi Noumbé
Bohdan Kundys
Bernard Doudin
Hicham Majjad
Marie-Laure Boillot
Jean-Francois Dayen
Stéphane Berciaud
Marc Lenertz
Arthur Tauzin
Diana Dragoe
Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)
Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (ICMMO)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay (ENS Paris Saclay)
Indian Institute of Technology Delhi (IIT Delhi)
Institut Universitaire de France (IUF)
Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.)
Boillot, Marie-Laure
Hétérostructures de van der Waals à dimensions mixtes pour l'électronique et la spintronique - - MIXES2019 - ANR-19-CE09-0028 - AAPG2019 - VALID
Détecteur plasmonique à nanoCristaux colloïdaux: une nouvelle filière pour l'OPtoélectronique INfrarouge - - COPIN2019 - ANR-19-CE24-0022 - AAPG2019 - VALID
Nanostructures en Interaction avec leur Environnement - - NIE2011 - ANR-11-LABX-0058 - LABX - VALID
Initiative d'excellence - Par-delà les frontières, l'Université de Strasbourg - - UNISTRA2010 - ANR-10-IDEX-0002 - IDEX - VALID
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
ANR-19-CE09-0028,MIXES,Hétérostructures de van der Waals à dimensions mixtes pour l'électronique et la spintronique(2019)
ANR-19-CE24-0022,COPIN,Détecteur plasmonique à nanoCristaux colloïdaux: une nouvelle filière pour l'OPtoélectronique INfrarouge(2019)
ANR-11-LABX-0058,NIE,Nanostructures en Interaction avec leur Environnement(2011)
ANR-10-IDEX-0002,UNISTRA,Par-delà les frontières, l'Université de Strasbourg(2010)
Source :
Journal of Materials Chemistry C, Journal of Materials Chemistry C, Royal Society of Chemistry, 2021, 9 (8), pp.2712-2720. ⟨10.1039/d0tc05202g⟩, Journal of Materials Chemistry C, 2021, 9 (8), pp.2712-2720. ⟨10.1039/d0tc05202g⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

International audience; Magneto-opto-electronic properties are shown for a hybrid device constructed from a spin crossover (SCO) thin film of a Fe[HB(3,5-(Me)2Pz)3]2 molecular material evaporated over a graphene sensing layer. The principle of electrical detection of the light-induced spin transition in SCO/graphene heterostructures is demonstrated. The switchable spin state of the molecular film is translated into a change of conductance of the graphene channel. The low temperature write/erase process of the conductive remnant states is implemented using two distinct excitation wavelengths, in the red (light-induced spin state trapping, LIESST) region for stabilizing the metastable paramagnetic state, and in the near infrared (reverse-LIESST) region for retrieving the stable diamagnetic state. The bistability of the system is confirmed over a significant temperature window through light-induced thermal hysteresis (LITH). This opens new avenues to study the light-induced spin transition mechanisms exploring the coupling mechanisms between SCO systems and 2D materials, providing electrical readings of the molecules/2D substrate interfaces. These results demonstrate how the electronic states of insulating molecular switches can be stored, read and manipulated by multiple stimuli, while transducing them into low impedance signals, thanks to two-dimensional detectors, revealing the full potential of mixed-dimensional heterostructures for molecular electronics and spintronics.

Details

Language :
English
ISSN :
20507526 and 20507534
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Materials Chemistry C, Journal of Materials Chemistry C, Royal Society of Chemistry, 2021, 9 (8), pp.2712-2720. ⟨10.1039/d0tc05202g⟩, Journal of Materials Chemistry C, 2021, 9 (8), pp.2712-2720. ⟨10.1039/d0tc05202g⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....a04fc723ddeb08289c06c19d9a041d0b
Full Text :
https://doi.org/10.1039/d0tc05202g⟩