Precise Control of π-Electron Magnetism in Metal-Free Porphyrins

离域电子 磁性 化学 旋转 扫描隧道显微镜 卟啉 单重态 化学物理 凝聚态物理 分子物理学 原子物理学 光化学 物理 有机化学 激发态
作者
Yan Zhao,Kaiyue Jiang,Can Li,Yufeng Liu,Chengyang Xu,Wenna Zheng,Dandan Guan,Yaoyi Li,Hao Zheng,Canhua Liu,Weidong Luo,Jin-Feng Jia,Xiaodong Zhuang,Shiyong Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (43): 18532-18540 被引量:24
标识
DOI:10.1021/jacs.0c07791
摘要

The porphyrin macrocycle can stabilize a set of magnetic metal ions, thus introducing localized net spins near the center. However, it remains elusive but most desirable to introduce delocalized spins in porphyrins with wide implications, for example, for building correlated quantum spins. Here, we demonstrate that metal-free porphyrins host delocalized π-electron magnetism, as revealed by scanning probe microscopy and a different level of theory calculations. Our results demonstrate that engineering of π-electron topologies introduces a spin-polarized singlet state and delocalized net spins in metal-free porphyrins. In addition, the π-electron magnetism can be switched on/off via scanning tunneling microscope manipulation by tuning the interfacial charge transfer. Our results provide an effective way to precisely control the π-electron magnetism in metal-free porphyrins, which can be further extended to design new magnetic functionalities of porphyrin-based architectures.

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