向有机磁性量子自旋链的表面合成路径
介观与纳米尺度物理
2025-03-06 v1 化学物理
摘要
通过工程亚晶格失衡是诱导出双子晶格共轭烃 (PCH) 中高自旋基态的直观方法。此类高自旋分子可作为量子自旋链的构建块,这些链是研究许多体物理和量子磁性基本模型的杰出平台。最近关于抗磁性分子自旋链的底部合成报告为解释如分子化为等电子现象提供了见解。与抗磁性相比,展示 PCH 之间磁性耦合的报告较少。先前的这类尝试受限于非本征环的形成导致自旋被消耗,或使用间隔构型显著削弱磁性交换的大小。本文我们展示了基于二苯三角烷 (DBT) 的短型磁性自旋链的表面合成,DBT 是一种具有三重基态的 PCH。我们的合成策略集中于实现相邻单元之间的直接 (即无间隔构型) 多数-少数亚晶格耦合。这导致随链长度增大而呈现比例增长的全局亚晶格失衡,从而产生强大的分子间磁性交换的抗磁性基态。通过扫描探针测量和多配置量子化学计算,我们分析了基于 DBT 的磁性二聚体和三聚体的电子和磁性属性,确认它们分别具有五重态和七重态基态,并表明其间隙磁性交换为 7 meV。此外,我们阐明了亚晶格耦合在磁性中的作用,通过对具有多数-多数和少数-少数耦合的抗磁性 DBT 二聚体进行互补实验。我们期待本证明原理研究为设计纯有机磁性材料提供动力。
引用
@article{arxiv.2412.11884,
title = {A Route Toward the On-Surface Synthesis of Organic Ferromagnetic Quantum Spin Chains},
author = {Fabian Paschke and Ricardo Ortiz and Shantanu Mishra and Manuel Vilas-Varela and Florian Albrecht and Diego Peña and Manuel Melle-Franco and Leo Gross},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.11884},
year = {2025}
}
备注
Manuscript: 11 pages and 5 figures. Supporting information: 8 pages and 8 figures. The abstract has been slightly shortened to fit the arXiv guidelines, the full abstract is provided in the manuscript