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宋鳳麒/楊濤/盧興Nature子刊：單原子磁性的電控非易失性開關(guān)Dy@C84 SMTs

時(shí)間：2024-04-08 來源： 瀏覽：

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單原子磁開關(guān)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)硬盤數(shù)據(jù)存儲密度的關(guān)鍵技術(shù)，在掃描隧道顯微鏡（STM）下利用磁性原子的自旋雙穩(wěn)性得以實(shí)現(xiàn)。然而，它很少應(yīng)用于固態(tài)晶體管，這非常可取，以實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用。
基于此， 南京大學(xué)宋鳳麒教授、西安交通大學(xué)楊濤研究員和華中科技大學(xué)盧興教授等人 報(bào)道了在Dy@C 84 單分子晶體管中實(shí)現(xiàn)電控塞曼效應(yīng)，從而揭示了在電場強(qiáng)度為3-10 MV/cm時(shí)，基態(tài)GN的磁矩從3.8 μ B 轉(zhuǎn)變?yōu)?.1 μ B 。由此產(chǎn)生的磁電阻在諧振隧穿點(diǎn)從600%顯著增加到1100%。
DFT計(jì)算解讀
通過DFT計(jì)算，作者定性地驗(yàn)證了兩種分子狀態(tài)之間的電控非易失性轉(zhuǎn)換機(jī)理。其中，雙穩(wěn)態(tài)分子狀態(tài)被認(rèn)為是兩種最穩(wěn)定的分子構(gòu)象。
在自由中性Dy@C 84 分子中，狀態(tài)1比狀態(tài)2穩(wěn)定約60 meV，而雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)的能量勢壘為~145 meV。在這種構(gòu)型下，兩個(gè)分子態(tài)之間的能差降低到2 meV，而勢壘降低到92 meV。
當(dāng)電場達(dá)到0.25 V/?時(shí)，柵極電場有效地將能壘降低到可以忽略的水平，導(dǎo)致分子狀態(tài)躍遷。這種轉(zhuǎn)變伴隨著Dy原子的位移、配位環(huán)境的改變、分子軌道和態(tài)密度的重排和電荷的重新分布。
因此，軌道角動量發(fā)生了顯著變化，影響了磁矩。結(jié)果表明，Dy@C 84 電動勢的磁矩主要由Dy原子貢獻(xiàn)，實(shí)驗(yàn)觀察到的較大數(shù)值來源于金屬籠雜化態(tài)，該雜化態(tài)對配位環(huán)境敏感。
Electrically controlled nonvolatile switching of single-atom magnetism in a Dy@C 84 single-molecule transistor. Nat. Commun., 2024 , DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46854-z.
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