分子信息存儲因具有超高理論存儲密度和低能耗等優勢，被認為是突破傳統矽基器件物理極限的重要發展方向之一。自旋交叉（spin-crossover，SCO）配合物具有磁雙穩态，能夠在高、低自旋态之間可逆切換，是構築分子比特的理想候選體系。然而，在實際SCO材料體系中，多個SCO分子的自旋态轉變行為往往通過分子間彈性作用相互耦合，表現出協同轉變現象，即局部激發即可引起材料的整體響應。随着器件尺寸不斷縮小并逼近單分子極限，這種SCO協同性成為了一種不利因素：它阻礙了對單個分子的獨立操縱，從而限制了信息存儲密度的進一步提升。因此，如何在分子尺度上實現對SCO協同性的精準調控，是推動基于SCO材料的信息存儲技術發展的關鍵科學問題。

針對這一問題，吳凱/劉婧團隊提出了一種基于“配位場工程”的原子尺度調控策略，實現了對表面分子結構中SCO協同性的精準調制，并顯著提升了SCO分子體系的信息存儲密度。研究團隊在金表面可控構築了一維含Ni金屬有機配位鍊，其中的Ni配位中心具有自旋雙穩态。在掃描隧道顯微鏡（STM）針尖的局域激發下，同一條配位鍊中的多個Ni中心可以發生協同自旋态轉變，使整條配位鍊表現為一個分子比特。這一結果直觀揭示了SCO協同性在低維表面配位體系中的微觀表現形式。

圖1. 通過異配體或異金屬摻雜調控局部配位場以抑制SCO協同性，從而提高信息存儲密度。

進一步地，研究團隊通過在配位鍊中摻雜異金屬或異配體，實現了對局部配位場的原子級調控，使部分原本具有SCO活性的Ni配位中心轉變為自旋态不可變的“惰性節點”。這些惰性節點有效削弱了鍊内配位中心間的彈性耦合，将原本作為單一存儲單元的配位鍊分割為多個相互獨立的鍊段；每個鍊段均可在STM針尖作用下獨立發生自旋态轉變，從而使一條配位鍊能夠容納多個可被獨立操控的分子比特，顯著提升了信息存儲密度（圖1）。

在此基礎上，借助STM針尖操縱技術，研究團隊實現了對這些分子比特的逐個可逆編碼，展示了它們作為分子信息存儲單元的可控性和可重複性。結合密度泛函理論計算，研究團隊揭示了摻雜節點抑制SCO協同性的微觀機制，闡明了配位環境對金屬中心SCO行為的關鍵調控作用。

該研究在原子尺度上通過配位場工程實現了對SCO協同性的有效調控，将原本整體響應的分子體系轉化為多個可獨立操控的存儲單元，為突破SCO體系中協同效應對信息存儲密度的限制提供了新思路，并為基于SCO分子的信息存儲器件設計提供了重要參考。

上述研究成果以“Atomically Tweaking Spin-Crossover Cooperativity to Augment Molecular Memory Density”為題，發表于Nature Communications（Nature Communications, 2026, 17, 1968；https://www.nature.com/articles/s41467-026-68796-4）。小組劉婧博士、白雨辰同學和電子學院徐榛博士為共同第一作者；電子學院王永鋒教授、小組陳其偉博士、劉婧博士和吳凱教授為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金和科技部相關項目的支持。

審核：牛林，劉志博