南京邮电大学在有机自旋电子器件领域等科研取得新进展

作者：爱集微 2023-04-11

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来源：南京邮电大学 #南京邮电大学# #科研# #ISSCC#

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行者方致远，奋斗正当时。二月下旬以来，南京邮电大学持续发力，在科学研究方面取得重要进展。

Science Advances刊发南邮团队在有机自旋电子器件领域研究进展

ISSCC刊发南邮团队在快启动时钟设计领域研究进展

JACS刊发有机电子与信息显示国家重点实验室团队在刺激响应聚合物长余辉领域研究进展

Physics Reports刊发南邮教师综述文章

Science Advances刊发南邮团队在有机自旋电子器件领域研究进展

近日，南邮电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院赵强教授、罗中中副教授团队，与山东大学物理学院秦伟教授及中国科学技术大学苏州高等研究院宋骧骧研究员合作，在有机自旋电子器件领域取得重要进展，在二维极限下揭示了分子堆垛对器件界面自旋极化的调制作用。4月5日，相关成果以“Revealing the key role of molecular packing on interface spin polarization at two-dimensional limit in spintronic devices”（《在二维极限下揭示自旋电子器件中分子堆垛对界面自旋极化的关键作用》）为题发表在国际顶级学术期刊Science Advances (《科学进展》)上。南邮赵强教授、罗中中副教授及山东大学秦伟教授为共同通讯作者，罗中中副教授和中国科学技术大学宋骧骧研究员为论文共同第一作者。

有机材料因其弱自旋轨道耦合和超精细相互作用，在自旋电子器件领域具有得天独厚的优势。目前基于有机材料的自旋阀、自旋存储器件及自旋发光二极管已经吸引了广泛的研究兴趣。研究显示，有机半导体/铁磁金属所构成的自旋界面对器件自旋注入具有关键性作用，同时自旋界面又依赖于分子结构性质及侧链取代。然而，由于难以在器件层面实现高质量的有机半导体/铁磁界面，前期的研究集中于在铁磁金属上吸附有机分子来研究自旋界面，大大限制了有机自旋器件的发展。如何结合高质量有机半导体及先进器件工艺在器件层面实现高质量有机半导体/铁磁界面是揭示自旋界面效应及促进有机自旋电子器件发展的关键所在。

针对这一重大科学问题，研究团队结合高质量二维有机晶体及无损的范德华金属转移技术实现了原子级平整的有机半导体/铁磁界面，并在此基础上构建了高性能的自旋阀器件。基于“分子堆垛→自旋界面→器件性能”的研究思路，从器件层级，揭示了分子层数和堆垛对器件性能与自旋注入效率的调制作用。研究结果表明，分子晶体层数（单层或双层）和排列（垂直或倾斜）可调控有机半导体/铁磁界面的自旋态。通过改变分子堆垛结构，可以在邻近自旋界面的分子层中产生显著的极化自旋密度，这些极化自旋由于分子层间良好的电导匹配而实现了更高的自旋注入，进而可实现更高性能的自旋阀器件。该研究成果为进一步探索有机半导体/铁磁界面提供了强有力的研究平台，也使得具有可控自旋界面的高性能有机自旋电子器件变得触手可及。

本工作得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省高等学校自然科学基金、有机电子与信息显示国家重点实验室、广东省大湾区集成电路与系统研究院重点领域研发基金等项目资助。南京邮电大学徐勇教授、高丽教授、钮伟副教授和华北电力大学刘小龙副教授对该项目给予了大量支持和帮助。此外，南京大学王欣然教授和北京大学韩伟教授对本工作提供了宝贵建议与实验支持。

具有高质量界面的自旋阀器件揭示分子堆垛对有机半导体/铁磁自旋界面的调制作用

ISSCC刊发南邮团队在快启动时钟设计领域研究进展

2月20日，南邮集成电路科学与工程学院（产教融合学院）郭宇锋教授、蔡志匡教授团队在集成电路设计领域取得新进展，研发了一款基于相位误差自动校正技术的快速启动晶体振荡器芯片，该款芯片实现了大频偏注入条件下的快速启动，突破了对注入信号频率精度的严格限制，相关成果以“A 16MHz XO with 17.5μs Start-Up Time under 104ppm-∆F Injection Using Automatic Phase-Error Correction Technique”为题发表在第70届International Solid State Circuits Conference（ISSCC）上，并入选会议Demo演示（占比约20%）。该会议是集成电路设计领域的最高级别学术会议，素有“集成电路领域的奥林匹克”之称。该篇论文的发表，标志着南京邮电大学成为国内首家在ISSCC会议发表论文的省属高校。

晶体振荡器的启动时间影响系统的数据收发时间间隔，对于采用占空比工作模式的系统功耗具有决定性作用。随着物联网设备的飞速发展与低功耗应用场景的普及，快速启动晶体振荡器的作用至关重要。针对高频晶体振荡器启动时间及注入效率问题，团队提出一种基于相位误差自动校正技术的快速启动高频晶体振荡器芯片架构。该款芯片沿用目前效率最高的能量注入启动技术，首次提出相位误差自动校正概念，并首次在高频晶体振荡器设计中应用单端能量注入技术。其内部电路在对高频晶体进行能量注入的同时，检测注入信号与晶体振荡信号之间的相位误差并自动校正。经流片测试验证，在104ppm的大频偏注入条件下，该款芯片的实测启动时间为17.5μs，将该条件下的启动时间缩短249倍。与传统双端能量注入技术相比，其启动时间几乎不随注入频率误差波动（偏差仅为1.27%）。

2月20日下午，集成电路科学与工程学院（产教融合学院）硕士研究生王鑫同学在ISSCC会场发表演讲介绍该款芯片，全球产业界及学术界数百位同行专家到场，并对团队的该项工作给予很高评价。当晚，集成电路科学与工程学院王子轩副教授主持该款芯片的现场功能演示及原理阐述，现场百余人对该款芯片进行深入探讨，并对本项工作的未来进展提出宝贵意见和建议。

该工作得到国家重点研发计划《片上低功耗高精度时钟系统研究》的资助。

基于相位误差自动校正技术的快速启动晶体振荡器芯片

会场演讲及Demo演示

JACS刊发有机电子与信息显示国家重点实验室团队在刺激响应聚合物长余辉领域研究进展

近日，南京邮电大学有机电子与信息显示国家重点实验室、材料科学与工程学院黄维院士、陈润锋教授和陶冶教授团队在刺激响应聚合物长余辉领域取得新进展，提出一种简单而有效的自掺杂策略，成功地构建一系列单一组份的光活化聚合物长余辉材料，并探索了该类材料在无油墨光打印、脉宽指示器以及“激发时间”依赖的莫尔斯码等领域的潜在应用。3月10日，相关研究结果以“Achieving Stimuli-Responsive Amorphous Organic Afterglow in Single-Component Copolymer through Self-Doping”为题，发表在Journal of the American Chemical Society(DOI：10.1021/jacs.2c13632)上。陶冶教授、陈润锋教授和黄维院士为共同通讯作者，李欢欢副教授及硕士生薛旭东和曹杨同学为论文第一作者。

刺激响应性有机长余辉材料，由于其自身结构和功能在外部环境的刺激作用下可以动态地转变或调节，从而实现对外部环境作出恰如其分的响应，展现出动态可调的光电性质，使其在逻辑运算与数据存储、光编码与分子开关、防伪纸与安全墨水等领域受到广泛研究关注。然而，目前刺激响应性有机长余辉通常只能在小分子晶体和和主客体掺杂的多组分体系中实现，如何构建具有刺激响应特性的单一组份聚合物长余辉材料仍然是一个难题。

针对这一问题，黄维院士、陈润锋教授和陶冶教授带领的团队提出了一种简单有效的策略：通过利用客体敏化和热处理基质钢化实现三线态激子的高效产生和稳定，在连续的紫外光照射下，聚合物内部的氧气被消耗，进一步抑制了氧气引起的三线态激子湮灭，从而成功地构建一系列单一组份的光活化聚合物长余辉材料。通过将主体乙烯基吡啶与具有较高系间窜越速率的客体分子进行自由基共聚制备此类光活化长余辉聚合物。共聚物中的聚乙烯基吡啶不仅可以作为主体敏化客体的三线态激子，而且在热处理后由于聚合物钢化作用可以有效地实现三线态激子的稳定，从而获得性能较为优异的单组份刺激响应聚合物长余辉。在连续的紫外光照射下，余辉发光寿命从原来的0.34 ms提升到了867.4 ms，发光强度提升了约5.9倍。得益于此类材料独特的光活化特性，作者探索了其在无油墨光打印、脉宽指示器以及“激发时间”依赖的莫尔斯码等领域的应用。

该项研究成果同时得到国家自然科学基金、江苏省特聘教授计划、江苏省自然科学基金项目以及南京邮电大学“华礼人才计划”等基金项目的支持。

自掺杂策略构建单一组份刺激响应聚合物的示意图

Physics Reports刊发南邮教师综述文章

3月21日，南邮电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院汪金副教授、智婷副教授、薛俊俊副教授低维化合物半导体器件研究组和南京大学陈敦军教授、张荣教授团队共同在Physics Reports上发表题为“Cold source field-effect transistors: Breaking the 60-mV/decade switching limit at room temperature”的综述文章（Physics Reports, 1013 (2023) 1-33）。汪金副教授、薛俊俊副教授和陈敦军教授为共同通讯作者，研究生王赛赛和汪金副教授为论文第一作者，南京邮电大学为论文第一单位。

Physics Reports是物理学和交叉科学类最具影响力的国际综述性期刊之一（2022年影响因子30.51），该刊每期只发表一篇论文，每年出版48期，专门发表该领域各研究方向全球知名专家撰写的综述性论文，对相关领域的发展具有重要的引领和指导作用。这是南邮教师首次在Physics Reports上发表综述论文。

该综述工作系统梳理和总结了近年来冷源场效应晶体管的理论与实验研究进展，详细描述了晶体管器件实现冷电子注入的原理、方法、性能以及优缺点等，首次提出了将新型3D狄拉克材料用于过滤热电子的潜在前景。对该研究领域目前存在的问题和未来的发展方向进行了深入分析和展望，为后续科研人员设计低功耗晶体管器件提供重要参考。

该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏优秀青年基金、江苏省青年基金等项目资助。