铁轮分子Fe$_6$至Fe$_{12}$的精确低激发态模型与自旋动力学

利用一种利用空间对称性和自旋宇称的高效数值方案，我们获得了高达Fe$_{12}$的铁轮分子交换哈密顿量的精确低激发本征态。最大的计算涉及Fe$_{12}$环，其M$_s$=0子空间的希尔伯特空间维度约为1.45亿。我们计算得到的从单重态基态到激发三重态的能隙与实验测量值吻合良好。对静态结构因子的研究表明，铁轮分子的基态是自发二聚化的。铁轮分子的自旋态可以看作刚性转子的量子化态，基态与第一激发态之间的能隙定义了转动惯量的倒数。我们研究了Fe$_{10}$的量子动力学，作为铁轮分子的代表。我们利用Fe$_{10}$的低激发态精确求解含时薛定谔方程，并找到在零温度下存在交变磁场时分子的磁化强度。我们观察到磁化强度的非平凡振荡，其依赖于交流场的振幅。我们还研究了Fe$_{12}$的扭矩响应随磁场的变化，这清楚地显示了自旋态的交叉。