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自旋電子學(xué)通過調(diào)控電子的自旋自由度來構(gòu)建新型電子學(xué)器件。與傳統(tǒng)微電子 技術(shù)相比，自旋電子學(xué)器件具有非易失性、低功耗、高密度和高速度等優(yōu)點(diǎn)，在 磁存儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在過去的一、 二十年間，自旋電子學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展，包括高密度磁記錄技術(shù)和磁 性隨機(jī)存儲(chǔ)器。由于能夠便捷地通過改變特定外部條件對(duì)其電子自旋及磁性進(jìn)行 有效的調(diào)控，有機(jī)分子逐漸成為近年來自旋電子學(xué)的研究熱點(diǎn)，并衍生出了分子 自旋電子學(xué)這一新興研究領(lǐng)域。 目前，利用掃描隧道顯微鏡（STM）探測(cè)并調(diào)控吸附于金屬基底的單分子近 藤效應(yīng)（Kondo effect）進(jìn)而表征單分子的自旋電子性質(zhì)是研究分子自旋電子學(xué)的 重要方法。部分卟啉及其衍生物由于其特殊的離域自由基能夠與金屬基底的導(dǎo)帶 電子更有效地交換，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)分子自旋的調(diào)控。在此基礎(chǔ)上，南京大學(xué)沈珍 教授與李紹春教授合作，制備出二苯并咔咯銀配合物(Ag-1)，并利用 STM 對(duì) Ag1 在 Ag(111)基底上的近藤效應(yīng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn) Ag-1 的電子態(tài)從常態(tài)下閉竅層 單線態(tài)到吸附于銀基底后轉(zhuǎn)變?yōu)殚_竅層單線態(tài)，首次直接觀察到了咔咯銀配合物 的分子自旋電子學(xué)性質(zhì) （圖 1）。

圖 1. Ag-1 被吸附到 Ag(111)基底表面后的單分子 STM 成像和近藤性質(zhì)。 

Ag-1 晶體的構(gòu)型為咔咯幣族金屬配合物最普遍的馬鞍形構(gòu)型。而當(dāng) Ag-1 被吸附到 Ag(111)基底表面后，其呈現(xiàn)的是從未出現(xiàn)過的兩種不同朝向的拱形構(gòu) 型（圖 1，依據(jù) Ag 原子與基底的距離大小，分別稱作“Ag-Up” 和“AgDown”）。STM 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在兩種不同構(gòu)型分子的中心金屬和咔咯環(huán)上的 位點(diǎn)處均可以探測(cè)到明顯的近藤信號(hào)，且強(qiáng)度由中心金屬向咔咯環(huán)上的位點(diǎn)處 遞減。這類在中心金屬和配體環(huán)上均具有近藤信號(hào)的雙通道分子，為自旋電子 學(xué)領(lǐng)域的微型化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和邏輯門器件的設(shè)計(jì)提供了新途徑。 該工作以“Ligand Non-innocence and Single Molecular Spintronic Properties of AgII Dibenzocorrole Radical on Ag(111)”發(fā)表在 Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60,  11702 –11706。南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院徐嘉梁博士和物理學(xué)院朱立博士為共同 第一作者，物理學(xué)院李紹春教授、化學(xué)化工學(xué)院吳凡特任副研究員和沈珍教授 為共同通訊作者。該工作得到了配位化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、人工微結(jié)構(gòu)科學(xué)與 技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心、國(guó)家自然科學(xué)基金的支持或資助。