近日，澳门沙金官方网站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。山东师范大学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
