We report the spin-dependent transport and the I-V hysteretic characteristics in molecular-level organic spin valves containing a self-assembled-monolayer (SAM) barrier of 1,4 benzenedimethanethiol (BDMT). X-ray photoelectron spectroscopy confirms the establishment of an ordered self-assembled monolayer of BDMT with the phosphonic groups coordinated onto the ferromagnet surface. The magnetoresistive (MR) and the I-V curves characterize the transport properties of the SAM-based organic spin valves, which exhibit both types of non-volatile memory switching, i.e., the magnetoresistive and the memristive switching. The results reveal the possibility of integrating organic SAM into the future multifunctional molecular-level spintronic device applications.

1.
C.
Wang
,
H.
Dong
,
W.
Hu
,
Y.
Liu
, and
D.
Zhu
,
Chem. Rev.
112
,
2208
(
2011
).
2.
M.
Berggren
,
D.
Nilsson
, and
N. D.
Robinson
,
Nat. Mater.
6
,
3
(
2007
).
3.
T.
Sekitani
and
T.
Someya
,
Adv. Mater.
22
,
2228
(
2010
).
4.
Z.
Xiong
,
D.
Wu
,
Z. V.
Vardeny
, and
J.
Shi
,
Nature
427
,
821
(
2004
).
5.
T. D.
Nguyen
,
E.
Ehrenfreund
, and
Z. V.
Vardeny
,
Science
337
,
204
(
2012
).
6.
D.
Sun
,
E.
Ehrenfreund
, and
Z. V.
Vardeny
,
Chem. Comm.
50
,
1781
(
2014
).
7.
J.
Devkota
,
R.
Geng
,
R. C.
Subedi
, and
T. D.
Nguyen
,
Adv. Funct. Mater.
26
,
3881
(
2016
).
8.
S.
Jiang
,
D.
Shu
,
L.
Lin
,
Y.
Shi
,
J.
Shi
,
H.
Ding
,
J.
Du
,
M.
Wang
, and
D.
Wu
,
New J. Phys.
16
,
013028
(
2014
).
9.
J.-Y.
Hong
et al,
Appl. Phys. Lett.
104
,
083301
(
2014
).
10.
M.
Galbiati
,
S.
Tatay
,
S.
Delprat
,
H.
Le Khanh
,
B.
Servet
,
C.
Deranlot
,
S.
Collin
,
P.
Seneor
,
R.
Mattana
, and
F.
Petroff
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
082408
(
2015
).
11.
R.
Geng
,
A.
Roy
,
W.
Zhao
,
R. C.
Subedi
,
X.
Li
,
J.
Locklin
, and
T. D.
Nguyen
,
Adv. Funct. Mater.
26
,
3999
(
2016
).
12.
K.
Raman
,
S.
Watson
,
J. A. A.
Shim
,
J.
Borchers
,
J.
Chang
, and
J.
Moodera
,
Phys. Rev. B
80
,
195212
(
2009
).
13.
K.-S.
Li
,
Y.-M.
Chang
,
S.
Agilan
,
J.-Y.
Hong
,
J.-C.
Tai
,
W.-C.
Chiang
,
K.
Fukutani
,
P.
Dowben
, and
M.-T.
Lin
,
Phys. Rev. B
83
,
172404
(
2011
).
14.
M.
Halik
and
A.
Hirsch
,
Adv. Mater.
23
,
2689
(
2011
).
15.
T.
Schmaltz
,
A. Y.
Amin
,
A.
Khassanov
,
T.
Meyer-Friedrichsen
,
H.-G.
Steinrück
,
A.
Magerl
,
J. J.
Segura
,
K.
Voitchovsky
,
F.
Stellacci
, and
M.
Halik
,
Adv. Mater.
25
,
4511
(
2013
).
16.
Y.
Ando
,
J.
Murai
,
T.
Miyashita
, and
T.
Miyazaki
,
Thin Solid Films
331
,
158
(
1998
).
17.
J.
Petta
,
S.
Slater
, and
D.
Ralph
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
136601
(
2004
).
18.
M.
Galbiati
,
C.
Barraud
,
S.
Tatay
,
K.
Bouzehouane
,
C.
Deranlot
,
E.
Jacquet
,
A.
Fert
,
P.
Seneor
,
R.
Mattana
, and
F.
Petroff
,
Adv. Mater.
24
,
6429
(
2012
).
19.
S.
Tatay
et al
ACS Nano
6
,
8753
(
2012
).
20.
T.
Prodromakis
,
C.
Toumazou
, and
L.
Chua
,
Nat. Mater.
11
,
478
(
2012
).
21.
D. B.
Strukov
,
G. S.
Snider
,
D. R.
Stewart
, and
R. S.
Williams
,
Nature
453
,
80
(
2008
).
22.
Y. C.
Bae
,
A. R.
Lee
,
J. B.
Lee
,
J. H.
Koo
,
K. C.
Kwon
,
J. G.
Park
,
H. S.
Im
, and
J. P.
Hong
,
Adv. Func. Mater.
22
,
709
(
2012
).
23.
A.
Mazady
and
M.
Anwar
,
IEEE Trans. Electron Devices
61
,
1054
(
2014
).
24.
L. E.
Hueso
,
I.
Bergenti
,
A.
Riminucci
,
Y.
Zhan
, and
V.
Dediu
,
Adv. Mater.
19
,
2639
(
2007
).
25.
A.
Chanthbouala
et al,
Nature Mater.
11
,
860
(
2012
).
26.
T.
Mosciatti
,
S.
Haar
,
F.
Liscio
,
A.
Ciesielski
,
E.
Orgiu
, and
P.
Samori
,
ACS Nano
9
,
2357
(
2015
).
27.
J.
Chen
,
M.
Reed
,
A.
Rawlett
, and
J.
Tour
,
Science
286
,
1550
(
1999
).
28.
M.
Prezioso
,
A.
Riminucci
,
I.
Bergenti
,
P.
Graziosi
,
D.
Brunel
, and
V. A.
Dediu
,
Adv. Mater.
23
,
1371
(
2011
).
29.
J. M.
Tour
,
L.
Jones
,
D. L.
Pearson
,
J. J.
Lamba
,
T. P.
Burgin
,
G. M.
Whitesides
,
D. L.
Allara
,
A. N.
Parikh
, and
S.
Atre
,
J. Amer. Chem. Soc.
117
,
9529
(
1995
).
30.
D. G.
Castner
,
K.
Hinds
, and
D. W.
Grainger
,
Langmuir
12
,
5083
(
1996
).
31.
L.
Pasquali
,
F.
Terzi
,
C.
Zanardi
,
L.
Pigani
,
R.
Seeber
,
G.
Paolicelli
,
S.
Suturin
,
N.
Mahne
, and
S.
Nannarone
,
Surf. Sci.
601
,
1419
(
2007
).
32.
T.
Santos
,
J.
Lee
,
P.
Migdal
,
I.
Lekshmi
,
B.
Satpati
, and
J.
Moodera
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
016601
(
2007
).
33.
X.
Xiao
,
B.
Xu
, and
N. J.
Tao
,
Nano Lett.
4
,
267
(
2004
).
34.
H.
Bottger
and
V. V.
Bryksin
,
Hopping Conduction in Solids
(
Akademie-Verlag
,
Berlin
,
1985
).
35.
P.
Mark
and
W.
Helfrich
,
J. Appl. Phys.
33
,
205
(
1962
).
36.
D.
Braun
,
J. Polym. Sci. B
41
,
2622
(
2003
).
37.
W. L.
Kalb
,
S.
Haas
,
C.
Krellner
,
T.
Mathis
, and
B.
Batlogg
,
Phys. Rev. B
81
,
155315
(
2010
).
38.
Z. G.
Yu
,
Nat. Commun.
5
,
4842
(
2014
).
39.
I. D.
Parker
,
J. Appl. Phys.
75
,
1656
(
1994
).
40.
B.
Cho
,
S.
Song
,
Y.
Ji
,
T.-W.
Kim
, and
T.
Lee
,
Adv. Func. Mater.
21
,
2806
(
2011
).
You do not currently have access to this content.