單原子磁開關(guān)是實現(xiàn)計算機硬盤數(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)性得以實現(xiàn)。然而，它很少應(yīng)用于固態(tài)晶體管，這非?？扇?，以實現(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)盧興教授等人報道了在Dy@C84單分子晶體管中實現(xiàn)電控塞曼效應(yīng)，從而揭示了在電場強度為3-10 MV/cm時，基態(tài)GN的磁矩從3.8 μB轉(zhuǎn)變?yōu)?.1 μB。由此產(chǎn)生的磁電阻在諧振隧穿點從600%顯著增加到1100%。通過DFT計算，作者定性地驗證了兩種分子狀態(tài)之間的電控非易失性轉(zhuǎn)換機理。其中，雙穩(wěn)態(tài)分子狀態(tài)被認為是兩種最穩(wěn)定的分子構(gòu)象。在自由中性Dy@C84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，兩個分子態(tài)之間的能差降低到2 meV，而勢壘降低到92 meV。當電場達到0.25 V/?時，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@C84電動勢的磁矩主要由Dy原子貢獻，實驗觀察到的較大數(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@C84 single-molecule transistor. Nat. Commun., 2024, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46854-z.
