利用自旋极化电流操控与读取单分子磁体的自旋态

基于单分子磁体（SMM）的单分子存储器件是半导体纳米加工技术的最终目标之一。在此，我们研究如何操控与读取 SMM 所存储信息的两个自旋态，其由 SMM 与传导电子总自旋的 $Z$ 分量的最大值与最小平均值表征，并被视为信息比特“$1$”与“$0$”。我们证明，开关时间依赖于序列隧穿能隙 $\varepsilon_{se}$ 与自旋选择定则允许的跃迁能量 $\varepsilon_{trans}$，二者均可通过栅压调节。特别地，当外偏置电压关闭时，在空占与双占基本征态情形下，输运电流的时间导数可用于读取 SMM 所存储信息的两个自旋态。此外，SMM-电极耦合的隧穿强度与非对称性对开关时间有强烈影响，但对读取时间影响轻微，后者处于纳秒量级。我们的结果提出了一种基于 SMM 的存储器件，并为 SMM 所存储信息两个自旋态的电可控操控与读取提供了基础性见解。