面向“后摩尔”时代的算力与柔性电子需求，有机自旋电子学被视为兼具低功耗、非易失与柔性可加工优势的重要研究方向。聚合物半导体既具有室温下百纳秒量级的长自旋寿命，又具备分子骨架与侧链高度可编程的结构多样性，为实现室温自旋输运与逻辑运算提供了独特材料平台。然而，目前“主链序列—电荷迁移率—自旋弛豫时间—室温磁阻”的逐级传导路径仍缺乏可操作的设计策略，制约了有机自旋器件的发展。

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，中国科学院化学研究所有机固体实验室刘云圻/郭云龙团队与国家纳米科学中心合作，在前期边缘卤代聚合物半导体高效自旋传输器件研究的基础上（Nat. Commun. 2024,15, 8368），近期在有机自旋输运的分子序列可控设计方面取得新进展。

研究团队面向有机自旋电子学提出“聚合物合金（polymer-alloy）”设计策略：在保持给—受体构筑单元不变的前提下，通过调控排列方式，构建从物理共混、无规共聚到双组分、三组分规整交替共聚的梯度序列，得到有序度可调的对比体系。研究表明，提高主链序列规整度并不会单调改善器件性能，中等强度的分子间作用既能保证足够的π–π轨道重叠，又为链段重排和晶畴生长保留自由度，从而在纳米尺度形成更紧密的π–π堆叠和更长的有序相干长度。基于此策略对分子序列度进行优化后，薄膜室温下的自旋–晶格驰豫时间达到101纳秒，非隧穿磁阻变化率提升至8%以上，较未优化体系提高近3倍。该策略为基于聚合物半导体的自旋电子材料与器件研究提供了新思路。相关研究成果近期发表在Adv. Mater. 2025,e20194,DOI: 10.1002/adma.202520194，第一作者为博士生郭安康和朱明亮博士，通讯作者为郭云龙研究员、赵志远副研究员、孙向南研究员和刘云圻院士。

“聚合物合金”设计策略：调节主链序列，固定共轭核心，提升自旋输运效率

有机固体实验室

2025年12月5日