近日，我校单分子科学团队，通过发展基于扫描隧道显微镜的电子自旋共振（STM-ESR）技术及其磁共振成像（MRI）技术，揭示了单个铁酞菁（FePc）分子中电子自旋共振和近藤（Kondo）共振共存的微观机制。相关工作以“Microscopic Mechanism of Coexisting Electron Spin Resonance and Kondo Resonance in a Single Iron Phthalocyanine Molecule”为题发表在《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. 135, 086403 (2025)）上。

量子体系中轨道的多重性显著影响着Kondo屏蔽效应与局域自旋磁化之间的竞争机制。针对特定轨道参与的物理过程进行甄别，不仅对推进自旋电子器件发展至关重要，更能深化对多体量子现象的理解，但这一直是极具挑战性的前沿课题。近年来，STM-ESR技术的发展，为解决上述挑战提供了机遇。然而，在先前的报导中，单个Cu原子和FPc分子存在电子自旋共振和Kondo共振共存的现象，表明这类看似简单体系的复杂性，其微观机制仍有待进一步厘清。

本项研究中，团队基于超高真空、极低温（400 mK）、强磁场（11 T）扫描隧道显微镜系统发展出了STM-ESR技术，在原子级空间分辨率下获得了近200 neV（~50 MHz）的能量分辨率（图1a,b）。基于该技术，系统研究了MgO/Ag(100)基底上单个FePc分子的量子行为。在远低于Kondo温度T_K的极端条件下，观测到了Fe(II)离子中心同时存在ESR信号与Kondo共振现象（图1c），并确定二者所对应的磁矩均为1玻尔磁子（1µ_B），表明ESR和Kondo共振通道中均呈现S = 1/2的自旋态。基于原子级分辨的磁共振成像揭示了ESR线宽具有二重对称的空间分布，体现了分子内自旋-晶格弛豫特征（图1d,e）。结合理论分析，并在S = 1的双通道Kondo模型框架下，阐明了FePc分子S = 1的磁基态，其中d_π轨道的S = 1/2自旋贡献ESR通道，而d_z²轨道的S = 1/2自旋贡献Kondo共振（图1f,g）。

中国科大博士生陈琦、合肥国家实验室初级研究员杜宏健、中国科大博士生孟鑫勇为该论文的共同第一作者。中国科大王兵教授、合肥国家实验室马传许研究员为论文共同通讯作者。中国科大李斌副教授为本工作了提供了大量理论计算支持。研究工作得到了科技部、中国科学院、国家自然科学基金委、新基石科学基金会等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/cgq3-dyxb

图1 a,b：STM-ESR测量。c：Kondo共振。d,e：磁共振成像测量。f,g：理论计算结果。