我科學家在上探測到分子的自旋態(tài)構(gòu)型和超交換作用
zui近，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室馬旭村領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，與清華大學物理系薛其坤、陳曦和賈金鋒的研究團隊合作，利用掃描隧道顯微鏡的自旋翻轉(zhuǎn)非彈性隧穿譜技術(shù)，在上直接探測到了分子磁體的自旋態(tài)構(gòu)型和超交換作用的路徑。研究的相關(guān)成果刊登在11月7日的Phys.Rev.Lett.101，197208（2008）上。其理論部分與清華物理系段文暉教授合作完成。
馬旭村及其合作者在原子級平整的鉛膜表面上生長出CoPc分子單晶多層薄膜樣品。自旋翻轉(zhuǎn)非彈性隧穿譜結(jié)果表明不同層間的CoPc分子形成了一維反鐵磁鏈結(jié)構(gòu)，而每一層的CoPc分子的自旋激發(fā)態(tài)能量和交換耦合強度可以從微分電導(dǎo)譜中直接測定，與Heisenberg模型計算得到的結(jié)果一致。更為重要的是，分子的兩維隧道譜圖像能夠直接反映出不同層分子自旋間超交換作用的路徑和具體的分子軌道。該工作提供了一種探測單原子/分子自旋態(tài)、分子磁體自旋態(tài)構(gòu)型和超交換作用的靈敏方法，為研究有機分子的磁性和基于分子磁體的自旋電子學開辟了一個全新的途徑。
此項工作得到了國家自然科學基金委、國家科技部“973”項目和中科院的資助。
分子磁性材料具有豐富的有機化學結(jié)構(gòu)，雖然在自旋電子學和量子信息技術(shù)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，但同時也存在著一些研究困難。一方面，磁性分子的軌道構(gòu)型與所呈現(xiàn)的自旋結(jié)構(gòu)之間存在非常復(fù)雜的關(guān)系。另一方面，分子磁體中的磁關(guān)聯(lián)往往是通過其配位基傳遞的自旋間超交換相互作用來實現(xiàn)的。由于缺乏對自旋靈敏的實空間成像技術(shù)，目前人們對超交換作用的研究主要依賴于模型計算。
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