具有强关联与拓扑阻挫共存的高度纠缠多自由基纳米石墨烯

开壳层苯型多环芳烃（即磁性纳米石墨烯）表现出由拓扑阻挫或强电子-电子（e-e）相互作用产生的非常规p磁性。将多个强纠缠自旋印入多自由基纳米石墨烯，为在有机量子材料中实现非平庸的集体量子行为与奇异量子相带来了重大范式转变。然而，传统设计方法受限于单一的磁性起源，这限制了开壳层纳米石墨烯中关联自旋的数量或磁有序类型。在此，我们提出一种结合拓扑阻挫与e-e相互作用的新颖设计策略，制备出迄今报道最大的全稠合开壳层纳米石墨烯——Au(111)表面上的“蝴蝶”形四自由基。我们采用键分辨扫描隧道显微镜与自旋激发谱分别明确解析分子骨架并揭示强关联开壳层特征。该纳米石墨烯包含四个未配对电子，兼具铁磁与反铁磁相互作用，具有多体单重态基态与强多自旋纠缠，可由多体计算很好地描述。此外，我们证明二茂镍磁性探针可感知纳米石墨烯中的高度关联自旋态。在多自由基纳米石墨烯中印入并表征多体强关联自旋的能力，不仅为在有机材料中实现非平庸量子磁性及量子相提供了令人振奋的机遇，也为高密度超快自旋电子器件与量子信息技术铺平了道路。