单分子尺度上有机配体对过渡族金属原子自旋态的调控

分子自旋电子学为新型逻辑和存储器件的构建以及量子信息处理提供了一种新的途径。在本项目研究中我们将基于扫描隧道显微镜（STM）技术，利用有机配体在单分子尺度上全方位地调控过渡金属原子的磁矩、交换作用强度和磁各向异性能，并揭示其中各种物理过程的机制。实验中我们将利用STM操纵单原子/分子、诱导配位化学反应并对自旋态进行测量，从而为在单分子尺度上构造分子自旋电子学器件、实现单自旋操控提供物理基础。

磁性的三个基本要素是原子磁矩、交换作用和各向异性。我们探索利用有机配体在单分子尺度上调控磁性。我们使用dicarbonitrile-polyphenyl分子实现了对Mn原子磁矩的调控，并通过自旋在超导能隙中诱导的束缚态对自旋态进行了探测。使用BPCN分子改变了Mn原子在PbO表面上的各向异性能。利用自旋翻转非弹性隧道谱测量了不同构型的自旋激发谱和各向异性能。我们还利用原子力显微镜操纵分子，并测量了分子移动所需要的力。这些工作为构造分子自旋电子学器件、实现单自旋操控提供了新的途径。