单原子磁开关是实现计算机硬盘数据存储密度的关键技术，在扫描隧道显微镜（STM）下利用磁性原子的自旋双稳性得以实现。然而，它很少应用于固态晶体管，这非常可取，以实现各种应用。
基于此，南京大学宋凤麒教授、西安交通大学杨涛研究员和华中科技大学卢兴教授等人报道了在Dy@C84单分子晶体管中实现电控塞曼效应，从而揭示了在电场强度为3-10 MV/cm时，基态GN的磁矩从3.8 μB转变为5.1 μB。由此产生的磁电阻在谐振隧穿点从600%显著增加到1100%。通过DFT计算，作者定性地验证了两种分子状态之间的电控非易失性转换机理。其中，双稳态分子状态被认为是两种最稳定的分子构象。在自由中性Dy@C84分子中，状态1比状态2稳定约60 meV，而双稳态开关的能量势垒为~145 meV。在这种构型下，两个分子态之间的能差降低到2 meV，而势垒降低到92 meV。当电场达到0.25 V/Å时，栅极电场有效地将能垒降低到可以忽略的水平，导致分子状态跃迁。这种转变伴随着Dy原子的位移、配位环境的改变、分子轨道和态密度的重排和电荷的重新分布。因此，轨道角动量发生了显著变化，影响了磁矩。结果表明，Dy@C84电动势的磁矩主要由Dy原子贡献，实验观察到的较大数值来源于金属笼杂化态，该杂化态对配位环境敏感。Electrically controlled nonvolatile switching of single-atom magnetism in a Dy@C84 single-molecule transistor. Nat. Commun., 2024, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46854-z.
