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单自旋传感:一种分子尖端方法。

Single-Spin Sensing: A Molecule-on-Tip Approach.

作者信息

Fétida Alex, Bengone Olivier, Romeo Michelangelo, Scheurer Fabrice, Robles Roberto, Lorente Nicolás, Limot Laurent

机构信息

Université de Strasbourg, CNRS, IPCMS, UMR 7504, F-67000 Strasbourg, France.

Centro de Física de Materiales CFM/MPC (CSIC-UPV/EHU), Paseo Manuel de Lardizabal 5, 20018 Donostia-San Sebastián, Spain.

出版信息

ACS Nano. 2024 May 28;18(21):13829-13835. doi: 10.1021/acsnano.4c02470. Epub 2024 May 13.

DOI:10.1021/acsnano.4c02470
PMID:38739416
Abstract

Magnetometry plays a pivotal role in addressing the requirements of ultradense storage technology and overcoming challenges associated with downscaled spin qubits. A promising approach for atomic-scale single-spin sensing involves utilizing a magnetic molecule as a spin sensor, although such a realization is still in its early stages. To tackle this challenge and underscore the potential of this method, we combined a nickelocene molecule with scanning tunneling microscopy to perform versatile spin-sensitive imaging of magnetic surfaces. We investigated model Co islands on Cu(111) of different thicknesses having variable magnetic properties. Our method demonstrates robustness and reproducibility, providing atomic-scale sensitivity to spin polarization and magnetization orientation, owing to a direct exchange coupling between the nickelocene-terminated tip and the Co surfaces. We showcase the accessibility of magnetic exchange maps using this technique, revealing unique signatures in magnetic corrugation, which are well described by computed spin-density maps. These advancements significantly improve our capacity to probe and visualize magnetism at the atomic level.

摘要

磁力测定法在满足超密集存储技术的要求以及克服与缩小尺寸的自旋量子比特相关的挑战方面发挥着关键作用。一种有前景的原子尺度单自旋传感方法涉及利用磁性分子作为自旋传感器,尽管这种实现仍处于早期阶段。为了应对这一挑战并突出该方法的潜力,我们将二茂镍分子与扫描隧道显微镜相结合,对磁性表面进行多功能的自旋敏感成像。我们研究了在具有可变磁性的不同厚度的Cu(111)上的模型钴岛。我们的方法展示了稳健性和可重复性,由于二茂镍端接的针尖与钴表面之间的直接交换耦合,对自旋极化和磁化方向提供了原子尺度的灵敏度。我们展示了使用该技术获取磁交换图的可行性,揭示了磁波纹中的独特特征,这些特征由计算出的自旋密度图很好地描述。这些进展显著提高了我们在原子水平探测和可视化磁性的能力。

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Single-Spin Sensing: A Molecule-on-Tip Approach.单自旋传感:一种分子尖端方法。
ACS Nano. 2024 May 28;18(21):13829-13835. doi: 10.1021/acsnano.4c02470. Epub 2024 May 13.
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