金属和分子化合物之间形成的分子界面作为未来光电子和自旋电子器件的构件具有巨大潜力。过渡金属酞菁和卟啉复合物是这种界面的有希望的组成部分。尤利希研究中心的科学家们与一个国际科学家团队一起，一直致力于开发一个模型系统，通过稳定和控制复合物中的自旋和氧化状态，以纳米级的精度来设计这种具有独特功能和增强性能的设备。除其他事项外，他们发现了一种机制，将来可用于在卟啉中存储信息或开发极其敏感的传感器来检测有毒的二氧化氮。

生物系统中一些最重要的过程是由含有金属离子的酶催化的，其中意想不到的反应性与低氧化态相对应。例如，卟啉，一类染料分子，参与植物的光合作用和红血球的氧气运输。受其生物功能的启发，科学家们已经为卟啉分配了广泛的技术用途。然而，这些有机金属复合物在技术领域的任何实际应用都需要对要利用的分子特性进行纳米级的控制。

来自尤利希研究中心的一组科学家已经在这些系统上工作了一段时间，目的是微调它们的电子和磁特性，并了解支配界面上相互作用的机制。

"我们通过将镍-卟啉与铜耦合，在这个方向上迈出了第一步，铜是一个高度互动的表面。这种独特的组合产生了一些非常有趣的特性。例如，铜促进了卟啉中显著的电荷转移。此外，它引发了中心金属镍的还原，使这个系统的特性更接近于当初启发我们的生物系统。因此，我们想，为什么不更进一步，利用Ni(I)的高反应性呢？"来自尤利希的Peter Grünberg研究所的Vitaliy Feyer博士解释说。

事实上，在这个界面上的不饱和低价Ni(I)金属离子可用于催化，而轴向配体的附着，如小型二原子分子，为进一步控制氧化和自旋状态提供了可能。看似简单的方法却带来了引人入胜的发现。例如，将分子界面暴露在低剂量的二氧化氮中，导致镍离子切换到更高的自旋状态。即使在一个埋藏的多层系统中，化学上活跃的低价镍离子也可以被二氧化氮功能化，提供金属中心的电子特性的选择性调整。

界面上的轴向配体配位自旋切换是一个可逆的过程，通过界面的温和退火可以恢复原始状态。虽然镍在室温下作为一个可逆的自旋开关工作，但大循环骨架的电子结构（前沿轨道主要定位在这里）没有改变。Peter Grünberg研究所的博士生Iulia Cojocariu说："其原因是卟啉与基底的强烈接触似乎表现为一种能量对应，阻止了由所谓的表面转换效应引起的进一步的几何修改。这种方法以前从未在室温下观察过，并且有可能在未来被用来在卟啉中存储信息，或用于构建检测有害物质（如二氧化氮）的超灵敏传感器。"