表面吸附磁性原子的自旋态及近藤效应的扫描隧道显微学研究

表面吸附磁性原子的自旋态及近藤效应的扫描隧道显微学研究是当前凝聚态物理和表面物理中一个活跃的研究课题，对于从微观尺度上理解和认识单个原子自旋相关的自旋和电子输运性质有重要的意义。我们拟以一些特定的衬底表面如4d近铁磁过渡金属表面和石墨烯表面上吸附的磁性单原子（如Fe、Co、Ni等）及多个磁性原子构成的团簇为主要研究对象，开展表面吸附磁性原子自旋态和近藤效应的扫描隧道显微学研究。研究内容主要包括：1）4d近铁磁过渡金属表面吸附单个磁性原子的自旋态、近藤效应研究并探索磁性原子与衬底相互作用机制；2）石墨烯表面吸附磁性原子的自旋态及近藤效应探索；3）利用扫描探针显微镜实空间操纵并结合外加强磁场等手段，研究表面吸附多个磁性原子自旋态的关联、耦合与纠缠及外场调控。同时结合第一性原理的理论模拟，理解磁性原子在这些表面的自旋行为，阐释衬底和磁性原子的相互作用，探索可能出现的新的物理效应和物理现象。

项目开展3年来，在项目的资助下，我们围绕项目开展的研究工作主要集中在利用低温扫描隧道显微镜研究一些特定表面吸附的单个磁性原子和团簇以及含有单个磁性原子的磁性单分子的电子态、自旋态、近藤效应和电子输运行为。通过对这些体系的较为系统的研究，我们发展了相关的表征、探测以及调控手段，发现并揭示了一些新的自旋电子输运现象并探索了其产生和调控机制。与课题相关的研究成果已发表SCI论文8篇，其中发表在影响因子>3的主流SCI期刊论文6篇。主要进展和成果有：（1）利用低温STM系统研究了4d金属表面单个Co原子及其团簇的自旋电子输运及其微观机制；（2）揭示和阐明了一种基于石墨烯的单分子整流器件的新机制；（3）揭示了 Ru(0001)表面上单层石墨烯的周期性调制的电子结构与静电势场作用下的特征；（4）实现了大面积周期性悬浮单层石墨烯的可控制备和高分辨扫描探针表征；（5）发现单核分子磁体LnPc2单分子的巨大的振动增强电子输运行为；（6）应邀为Phys. Chem. Chem. Phys.撰写综述文章；应邀为英文纳米科技全书《Microsystem and Nanotechnology》撰写综述章节。这些研究成果为进一步揭示表面吸附单个磁性原子及其团簇，以及磁性原子的单分子的自旋电子输运行为和机制提供了实验基础，同时为今后利用单个自旋作为自旋电子学或高密度存储的基本单元提供了相关科学依据。在本项目的资助下，我们所研究工作按照预定研究计划顺利开展并完成了预定的研究目标。