碳的化學多功能性賦予有機化合物多種多樣的性質(zhì)，而磁性仍然是最理想但難以捉摸的一種。多環(huán)芳族烴（也稱為納米石墨烯），其電子結(jié)構(gòu)由邊緣和π-電子網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)決定，這使得他們可以用模型系統(tǒng)來設(shè)計包括磁性在內(nèi)的非常規(guī)屬性。1972年，Erich Clar設(shè)想了一種蝴蝶結(jié)狀的納米石墨烯C₃₈H₁₈，其中π-電子網(wǎng)絡(luò)中的拓撲結(jié)構(gòu)受挫使得無法得到有配對電子的Kekulé結(jié)構(gòu)，從而將系統(tǒng)驅(qū)動到磁性非平凡的基態(tài)。在這里，我們報告了一種標志性納米石墨烯（稱為Clar高腳杯）的實驗實現(xiàn)和深入表征。掃描隧道顯微鏡和自旋激發(fā)光譜法研究了金表面上的單個分子，發(fā)現(xiàn)其具有23 meV的強大反鐵磁序，超過了室溫下最低能量耗散的Landauer極限。通過原子操縱，我們實現(xiàn)了具有淬滅自旋的分子中磁性基態(tài)的轉(zhuǎn)換。我們的結(jié)果提供了迄今為止尚未實現(xiàn)的一類納米石墨烯中碳磁性的直接證據(jù)，并證明了一個能長期預測的范式，其中拓撲挫折帶來了非常規(guī)的磁性，這對室溫下碳基自旋電子學帶來了新希望。

Fig. 1:?Clar高腳杯的合成與結(jié)構(gòu)表征。

Fig. 2:?Clar高腳杯的電子和磁性特征。

Fig. 3:?熔融二聚體中的自旋解耦。

Fig. 4:?自旋淬滅和1’和2H-1中磁性基態(tài)的切換。

相關(guān)研究成果于2019年由德國德累斯頓工業(yè)大學馮新亮課題組，發(fā)表在Nature Nanotechnology(https://doi.org/10.1038/s41565-019-0577-9)上。原文：Topological frustration induces unconventional magnetism in a nanographene