On surface spin tuning in single molecule magnets

单分子磁体的表面自旋调谐

基本信息

项目摘要

Controlled manipulation of the spin states of individual molecules is one of the ultimate goals in materials science and the development of novel electronic devices at the nanoscale. Molecule-based spintronic units promise to possess fundamentally new properties and also offer the advantages of cost-effective fabrication through self-assembly as well as through tailoring fundamental properties by chemical synthesis. Molecular nanomagnets, representing mesoscopic systems with magnetic bistability and versatile quantum behavior, are of particular interest for applications in the fields of spin-based data storage and quantum computation. The main idea of this project is to investigate the structural, electronic and magnetic properties of individual single molecule magnet (SMM) complexes at surfaces as well as to controllably manipulate their fundamental properties by either chemical doping with electron donors and acceptors or by external electric fields using a back-gate electrode within the STM geometry. A special focus is put on the possibility to controllably tune the magnetic properties of SMMs. Despite the recent progress in the synthesis and surface deposition of SMMs, the factors controlling magnetic bistability of SMMs on surfaces remain still unclear. This is in part due to the limited number of SMMs robust enough to withstand the surface deposition as well as due to the absence of reliable protocols which allow for controllable tuning of electronic properties and magnetism of SMMs on surfaces. In the frame of this project, we implement a unique combination of deposition methods and investigation techniques aiming to close this gap and to reveal detailed insight in electronic states and spin properties of well-defined adsorbed single molecular magnets on functional substrates as well as to tune their electronic properties to controllably modify their magnetic behavior. The ultimate goal will be to use submolecular resolution and gating-possibilities within the STM junction in order to tune the electronic and magnetic properties of an individual SMM complex which will provide a deeper insight into the behavior of molecular nanomagnets in realistic electronic devices.
控制单个分子的自旋状态是材料科学和纳米级新型电子器件发展的最终目标之一。基于分子的自旋电子单元有望拥有基本的新特性,并且通过自组装以及通过化学合成定制基本特性提供了成本效益高的制造优势。分子纳米磁体,代表了具有磁性双稳定性和通用量子行为的介观系统,在基于自旋的数据存储和量子计算领域的应用特别有趣。该项目的主要思想是研究表面单个单分子磁铁(SMM)复合物的结构,电子和磁性,以及通过化学掺杂电子供体和受体或在STM几何结构内使用后门电极的外部电场来可控地操纵其基本性质。一个特别的重点放在可能的可控调谐smm的磁性。尽管近年来在smm的合成和表面沉积方面取得了一些进展,但控制smm表面磁双稳性的因素仍不清楚。部分原因是由于有限数量的smm足够坚固,可以承受表面沉积,以及由于缺乏可靠的协议,可以控制表面上smm的电子特性和磁性。在这个项目的框架内,我们实现了沉积方法和研究技术的独特组合,旨在缩小这一差距,并揭示了在功能衬底上明确定义的吸附单分子磁体的电子状态和自旋特性的详细见解,以及调整其电子特性以可控地修改其磁性行为。最终目标将是在STM结内使用亚分子分辨率和门控可能性,以调整单个SMM复合物的电子和磁性,这将为实际电子设备中分子纳米磁铁的行为提供更深入的了解。

项目成果

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