近日，8087金沙娱场城物理与电子科学学院胡贵超教授团队与德国德累斯顿工业大学Carsten Timm教授合作，在物理领域国际顶级期刊《Physical Review B》上发表了题为“Mechanism of length-induced magnetism in polyacene molecules”的学术论文。8087金沙娱场城为论文第一署名单位，博士研究生苗圆圆为第一作者，通讯作者为任俊峰教授、Carsten Timm教授和胡贵超教授。
有机自旋电子学是凝聚态物理前沿领域，其中设计和操控具有磁特性的有机材料是研究的关键。作为性能优良的有机分子，并苯分子在实验和理论研究中被广泛关注。研究发现，并苯分子随分子长度变化可呈现非磁和反铁磁相的转变，然而其微观机理尚不清晰。
作者基于扩展的Su-Schrieffer-Heeger模型，同时考虑电子-晶格、电子-电子相互作用以及尺寸效应，研究了有限长聚并苯分子的基态性质。发现在临界长度n = 7时，分子基态发生了由非磁向反铁磁性的相变。机制分析表明，在聚并苯中存在两种分子能量最小化的机制，即电子-晶格相互作用主导的晶格二聚化和电子-电子相互作用主导的反铁磁自旋密度波，两种机制相互竞争。分子尺寸较小时，由于尺寸效应，二聚化特性显著，分子呈现非磁性。随长度增长，分子二聚化减弱，在某临界长度下反铁磁自旋密度波机制占主导，使分子出现非磁-反铁磁相变。作者讨论了不同相互作用强度对临界长度的影响，并对如何设计实现结构相似的有机反铁磁材料提出了建议。计算结果被第一性原理计算证实。
图1. 并苯分子简化结构和长度诱导的磁性转变。
论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.094419
