Electrically controlled nonvolatile switching of single-atom magnetism in a Dy@C84 single-molecule transistor

磁性 晶体管 材料科学 分子 Atom(片上系统) 光电子学 纳米技术 化学 凝聚态物理 物理 电压 计算机科学 量子力学 嵌入式系统 有机化学
作者
Feng Wang,Wangqiang Shen,Yuan Shui,Jun Chen,Huaiqiang Wang,Rui Wang,Yuyuan Qin,Xuefeng Wang,Jing Wan,Minhao Zhang,Xing Lu,Tao Yang,Fengqi Song
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46854-z
摘要

Abstract Single-atom magnetism switching is a key technique towards the ultimate data storage density of computer hard disks and has been conceptually realized by leveraging the spin bistability of a magnetic atom under a scanning tunnelling microscope. However, it has rarely been applied to solid-state transistors, an advancement that would be highly desirable for enabling various applications. Here, we demonstrate realization of the electrically controlled Zeeman effect in Dy@C 84 single-molecule transistors, thus revealing a transition in the magnetic moment from 3.8 $${\mu }_{{{{{{\rm{B}}}}}}}$$ μ B to 5.1 $${\mu }_{{{{{{\rm{B}}}}}}}$$ μ B for the ground-state G N at an electric field strength of 3 $$-$$ 10 MV/cm. The consequent magnetoresistance significantly increases from 600% to 1100% at the resonant tunneling point. Density functional theory calculations further corroborate our realization of nonvolatile switching of single-atom magnetism, and the switching stability emanates from an energy barrier of 92 meV for atomic relaxation. These results highlight the potential of using endohedral metallofullerenes for high-temperature, high-stability, high-speed, and compact single-atom magnetic data storage.
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