通过机械操纵调控非平面有机双自由基中的自旋相互作用

开壳层多环芳烃 (PAHs) 代表了基于碳的功能磁性材料的有前景的构建模块。它们的磁性源于定域在 $\pi$ 特征自由基态中的未配对电子。因此，这些材料倾向于表现出自旋离域、形成扩展的集体态，并响应分子骨架的柔性。然而，它们也具有高反应性，需要结构策略来保护自由基态免受与环境反应。在此，我们证明了双自由基 2-OS 的开壳层基态在 Au(111) 衬底上作为全局单重态存在，该单重态由两个未配对电子形成，其自旋反平行并通过构象依赖的相互作用耦合。2-OS 分子是 Chichibabin 双自由基的保护衍生物，具有非平面几何结构，使闭壳层醌式结构不稳定。利用扫描隧道显微镜 (STM)，我们将两个相互作用的自旋定域在分子边缘，并检测到高于单重态基态几毫电子伏特的激发三重态。平均场 Hubbard 模拟表明，两个自旋之间的交换耦合强烈依赖于不同分子部分之间的扭转角，这表明可以通过结构变化影响分子的磁态。此处通过使用 STM 针尖操纵分子构象，同时检测自旋激发谱的变化，证明了这一点。我们的工作表明了这些 PAHs 作为新一类全碳自旋交叉材料的潜力。