信息科学技术学院王永锋特聘研究员等关于单自旋读写的最新成果被物理学评论快报在线报道

作为近年来的研究热点，单分子双稳态的可逆调控不仅具有重要的基础研究价值，也具备潜在的工业应用前景。双稳态分子通常具有不同的结构形态，可用做信息存储的基元。然而，实现这种信息存储功能的前提是须将单分子组装成有序的薄膜，保证在对其中任一分子的状态进行调控时，周围分子的状态不受影响。

北京大学信息科学技术学院、纳米器件物理与化学教育部重点实验室“青年海外高层次人才引进计划”（简称“青千计划”）特聘研究员王永锋一直致力于单分子结构双稳态的原位可逆调控研究，实现了基于氢键与离子键的单分子信息点的读写。日前，王永锋课题组与德国基尔大学Richard Berndt教授、慕尼黑工业大学Karsten Reuter教授，北大信息科学技术学院彭练矛教授、化学与分子工程学院吴凯教授，华中科技大学吕京涛教授等人合作，成功实现1 nm²（=10⁻¹⁸ m²）尺度的单自旋信息点的读写，相关研究成果以《基于正离子自由基态改变的单分子自旋操控》（Spin Manipulation by Creation of Single-molecule Radical Cations）为题，在线发表于《物理学评论快报》（Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.027201）；王永锋与Richard Berndt为共同通讯作者。

视黄酸分子沉积到Au(111)（Au为金的元素符号）表面后，会形成大面积有序阵列，可对任一分子进行原位自旋状态的可逆调控。将针尖固定于分子上，不断改变偏压，当偏压达到−2 V左右时，所测量到的隧道电流会发生突变。王永锋等通过分析分子扫描隧道谱，发现转变之前的A分子在费米能级附近没有共振峰，而转变之后的B分子在高分辨隧道谱中观测到了近藤共振峰，对应于自旋态的转变。B分子在3 T的磁场中已产生明显的塞曼分裂，从而可利用塞曼分裂的能级差和磁场的关系，估计出g因子约为2，对应于单电子的自旋。理论计算表明，这种自旋的产生来自于分子的荷电态，即π轨道上丢失一个电子，形成正离子自由基。由于视黄酸分子的尺寸小于1 nm²，使得在亚纳米尺度实现基于自旋态调控的超高密度信息存储成为可能。

这项研究得到了科技部国家重点科学研究计划、国家自然科学基金委员会的支持。

编辑：白杨