Downscaling single magnetic bits to the ultimate size of individual atoms would open the possibility to maximize the magnetic storage density on a solid surface. However, realizing stable magnets of the size of one atom remained an elusive challenge for more than a decade. Recent advances show that single lanthanide atoms on suitable surfaces can preserve their magnetization on a timescale of days at a temperature of 1 K or below. Such properties enable the use of these atoms as stable magnets for low temperature experiments, opening a platform for testing magnetic recording techniques at the atomic scale. In this article, we describe the single atom magnets that have been investigated and the methods employed to address their magnetic properties. We will discuss the limitations of the present systems and techniques and identify the challenges to close the gap toward potential future technological applications.

1.
M.
Oshiki
,
J. Magn. Magn. Mater.
324
(
3
),
351
(
2012
).
2.
S.
Bedanta
,
O.
Petracic
, and
W.
Kleemann
, in
Handbook of Magnetic Materials
, edited by
K. H. J.
Buschow
(
Elsevier
,
2015
), Vol.
23
, pp.
1
.
3.
M. H.
Kryder
,
E. C.
Gage
,
T. W.
McDaniel
,
W. A.
Challener
,
R. E.
Rottmayer
,
G.
Ju
,
Y.
Hsia
, and
M. F.
Erden
,
Proc. IEEE
96
(
11
),
1810
(
2008
).
4.
S.
Okamoto
,
N.
Kikuchi
,
M.
Furuta
,
O.
Kitakami
, and
T.
Shimatsu
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
48
(
35
),
353001
(
2015
).
5.
R.
Piquerel
,
O.
Gaier
,
E.
Bonet
,
C.
Thirion
, and
W.
Wernsdorfer
,
Phys. Rev. Lett.
112
(
11
),
117203
(
2014
).
6.
D.
Süss
,
T.
Schrefl
, and
M. A.
Bashir
, U.S. patent No. 2011/0019305 A1 (January 27,
2011
).
7.
T. R.
Albrecht
,
H.
Arora
,
V.
Ayanoor-Vitikkate
,
J. M.
Beaujour
,
D.
Bedau
,
D.
Berman
,
A. L.
Bogdanov
,
Y. A.
Chapuis
,
J.
Cushen
,
E. E.
Dobisz
,
G.
Doerk
,
H.
Gao
,
M.
Grobis
,
B.
Gurney
,
W.
Hanson
,
O.
Hellwig
,
T.
Hirano
,
P. O.
Jubert
,
D.
Kercher
,
J.
Lille
,
Z.
Liu
,
C. M.
Mate
,
Y.
Obukhov
,
K. C.
Patel
,
K.
Rubin
,
R.
Ruiz
,
M.
Schabes
,
L.
Wan
,
D.
Weller
,
T. W.
Wu
, and
E.
Yang
,
IEEE Trans. Magn.
51
(
5
),
1
(
2015
).
9.
D.
Sander
,
J. Phys.: Condens. Matter
16
(
20
),
R603
(
2004
).
10.
S.
Krause
,
G.
Herzog
,
T.
Stapelfeldt
,
L.
Berbil-Bautista
,
M.
Bode
,
E. Y.
Vedmedenko
, and
R.
Wiesendanger
,
Phys. Rev. Lett.
103
(
12
),
127202
(
2009
).
11.
A.
Balan
,
P. M.
Derlet
,
A. F.
Rodríguez
,
J.
Bansmann
,
R.
Yanes
,
U.
Nowak
,
A.
Kleibert
, and
F.
Nolting
,
Phys. Rev. Lett.
112
(
10
),
107201
(
2014
).
12.
W.
Wernsdorfer
,
E.
Bonet Orozco
,
K.
Hasselbach
,
A.
Benoit
,
B.
Barbara
,
N.
Demoncy
,
A.
Loiseau
,
H.
Pascard
, and
D.
Mailly
,
Phys. Rev. Lett.
78
(
9
),
1791
(
1997
).
13.
K.
Bian
,
C.
Gerber
,
A. J.
Heinrich
,
D. J.
Müller
,
S.
Scheuring
, and
Y.
Jiang
,
Nat. Rev. Methods Primers
1
(
1
),
36
(
2021
).
14.
G.
Binnig
and
H.
Rohrer
,
Surf. Sci.
126
(
1
),
236
(
1983
).
15.
R. M.
Feenstra
,
Surf. Sci.
299–300
,
965
(
1994
).
16.
R.
Wiesendanger
,
Rev. Mod. Phys.
81
(
4
),
1495
(
2009
).
17.
A. J.
Heinrich
,
J. A.
Gupta
,
C. P.
Lutz
, and
D. M.
Eigler
,
Science
306
(
5695
),
466
(
2004
).
18.
W.
Wulfhekel
and
J.
Kirschner
,
Appl. Phys. Lett.
75
(
13
),
1944
(
1999
).
19.
M.
Bode
,
M.
Getzlaff
, and
R.
Wiesendanger
,
Phys. Rev. Lett.
81
(
19
),
4256
(
1998
).
20.
A.
Kubetzka
,
O.
Pietzsch
,
M.
Bode
, and
R.
Wiesendanger
,
Phys. Rev. B
63
(
14
),
140407
(
2001
).
21.
F.
Meier
,
L.
Zhou
,
J.
Wiebe
, and
R.
Wiesendanger
,
Science
320
(
5872
),
82
(
2008
).
22.
S.
Loth
,
C. P.
Lutz
, and
A. J.
Heinrich
,
New J. Phys.
12
(
12
),
125021
(
2010
).
23.
S.
Loth
,
K.
von Bergmann
,
M.
Ternes
,
A. F.
Otte
,
C. P.
Lutz
, and
A. J.
Heinrich
,
Nat. Phys.
6
(
5
),
340
(
2010
).
24.
S.
Vlaic
,
L.
Gragnaniello
,
S.
Rusponi
,
A.
Cavallin
,
F.
Donati
,
Q.
Dubout
,
C.
Piamonteze
,
J.
Dreiser
,
F.
Nolting
, and
H.
Brune
,
Phys. Rev. B
89
(
24
),
245402
(
2014
).
25.
S.
Ouazi
,
S.
Vlaic
,
S.
Rusponi
,
G.
Moulas
,
P.
Buluschek
,
K.
Halleux
,
S.
Bornemann
,
S.
Mankovsky
,
J.
Minár
,
J. B.
Staunton
,
H.
Ebert
, and
H.
Brune
,
Nat. Commun.
3
(
1
),
1313
(
2012
).
26.
S.
Rusponi
,
T.
Cren
,
N.
Weiss
,
M.
Epple
,
P.
Buluschek
,
L.
Claude
, and
H.
Brune
,
Nat. Mater.
2
(
8
),
546
(
2003
).
27.
P.
Gambardella
,
S. S.
Dhesi
,
S.
Gardonio
,
C.
Grazioli
,
P.
Ohresser
, and
C.
Carbone
,
Phys. Rev. Lett.
88
(
4
),
047202
(
2002
).
28.
P.
Gambardella
,
S.
Rusponi
,
M.
Veronese
,
S. S.
Dhesi
,
C.
Grazioli
,
A.
Dallmeyer
,
I.
Cabria
,
R.
Zeller
,
P. H.
Dederichs
,
K.
Kern
,
C.
Carbone
, and
H.
Brune
,
Science
300
(
5622
),
1130
(
2003
).
29.
P.
Gambardella
,
A.
Dallmeyer
,
K.
Maiti
,
M. C.
Malagoli
,
W.
Eberhardt
,
K.
Kern
, and
C.
Carbone
,
Nature
416
(
6878
),
301
(
2002
).
30.
S.
Ouazi
,
S.
Wedekind
,
G.
Rodary
,
H.
Oka
,
D.
Sander
, and
J.
Kirschner
,
Phys. Rev. Lett.
108
(
10
),
107206
(
2012
).
31.
C. F.
Hirjibehedin
,
C. P.
Lutz
, and
A. J.
Heinrich
,
Science
312
(
5776
),
1021
(
2006
).
32.
A. F.
Otte
,
M.
Ternes
,
S.
Loth
,
C. P.
Lutz
,
C. F.
Hirjibehedin
, and
A. J.
Heinrich
,
Phys. Rev. Lett.
103
(
10
),
107203
(
2009
).
33.
L.
Zhou
,
J.
Wiebe
,
S.
Lounis
,
E.
Vedmedenko
,
F.
Meier
,
S.
Blügel
,
P. H.
Dederichs
, and
R.
Wiesendanger
,
Nat. Phys.
6
(
3
),
187
(
2010
).
34.
A.
Ako Khajetoorians
,
J.
Wiebe
,
B.
Chilian
,
S.
Lounis
,
S.
Blügel
, and
R.
Wiesendanger
,
Nat. Phys.
8
(
6
),
497
(
2012
).
35.
D. M.
Eigler
, in
Atomic and Nanometer-Scale Modification of Materials: Fundamentals and Applications
, edited by
P.
Avouris
(
Springer
,
Dordrecht
,
1993
), pp.
1
.
36.
S.
Loth
,
S.
Baumann
,
C. P.
Lutz
,
D. M.
Eigler
, and
A. J.
Heinrich
,
Science
335
(
6065
),
196
(
2012
).
37.
A. A.
Khajetoorians
,
B.
Baxevanis
,
C.
Hubner
,
T.
Schlenk
,
S.
Krause
,
T. O.
Wehling
,
S.
Lounis
,
A.
Lichtenstein
,
D.
Pfannkuche
,
J.
Wiebe
, and
R.
Wiesendanger
,
Science
339
(
6115
),
55
(
2013
).
38.
J.
Hermenau
,
J.
Ibañez-Azpiroz
,
C.
Hübner
,
A.
Sonntag
,
B.
Baxevanis
,
K. T.
Ton
,
M.
Steinbrecher
,
A. A.
Khajetoorians
,
M.
dos Santos Dias
,
S.
Blügel
,
R.
Wiesendanger
,
S.
Lounis
, and
J.
Wiebe
,
Nat. Commun.
8
(
1
),
642
(
2017
).
39.
F.
Donati
,
Q.
Dubout
,
G.
Autes
,
F.
Patthey
,
F.
Calleja
,
P.
Gambardella
,
O. V.
Yazyev
, and
H.
Brune
,
Phys. Rev. Lett.
111
(
23
),
236801
(
2013
).
40.
I. G.
Rau
,
S.
Baumann
,
S.
Rusponi
,
F.
Donati
,
S.
Stepanow
,
L.
Gragnaniello
,
J.
Dreiser
,
C.
Piamonteze
,
F.
Nolting
,
S.
Gangopadhyay
,
O. R.
Albertini
,
R. M.
Macfarlane
,
C. P.
Lutz
,
B. A.
Jones
,
P.
Gambardella
,
A. J.
Heinrich
, and
H.
Brune
,
Science
344
(
6187
),
988
(
2014
).
41.
F.
Donati
,
L.
Gragnaniello
,
A.
Cavallin
,
F. D.
Natterer
,
Q.
Dubout
,
M.
Pivetta
,
F.
Patthey
,
J.
Dreiser
,
C.
Piamonteze
,
S.
Rusponi
, and
H.
Brune
,
Phys. Rev. Lett.
113
(
17
),
177201
(
2014
).
42.
S.
Baumann
,
F.
Donati
,
S.
Stepanow
,
S.
Rusponi
,
W.
Paul
,
S.
Gangopadhyay
,
I. G.
Rau
,
G. E.
Pacchioni
,
L.
Gragnaniello
,
M.
Pivetta
,
J.
Dreiser
,
C.
Piamonteze
,
C. P.
Lutz
,
R. M.
Macfarlane
,
B. A.
Jones
,
P.
Gambardella
,
A. J.
Heinrich
, and
H.
Brune
,
Phys. Rev. Lett.
115
(
23
),
237202
(
2015
).
43.
C. F.
Hirjibehedin
,
C. Y.
Lin
,
A. F.
Otte
,
M.
Ternes
,
C. P.
Lutz
,
B. A.
Jones
, and
A. J.
Heinrich
,
Science
317
(
5842
),
1199
(
2007
).
44.
W.
Paul
,
K.
Yang
,
S.
Baumann
,
N.
Romming
,
T.
Choi
,
C. P.
Lutz
, and
A. J.
Heinrich
,
Nat. Phys.
13
(
4
),
403
(
2017
).
45.
A. A.
Khajetoorians
,
S.
Lounis
,
B.
Chilian
,
A. T.
Costa
,
L.
Zhou
,
D. L.
Mills
,
J.
Wiebe
, and
R.
Wiesendanger
,
Phys. Rev. Lett.
106
(
3
),
037205
(
2011
).
46.
P.
Błoński
,
A.
Lehnert
,
S.
Dennler
,
S.
Rusponi
,
M.
Etzkorn
,
G.
Moulas
,
P.
Bencok
,
P.
Gambardella
,
H.
Brune
, and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
81
(
10
),
104426
(
2010
).
47.
A. F.
Otte
,
M.
Ternes
,
K.
von Bergmann
,
S.
Loth
,
H.
Brune
,
C. P.
Lutz
,
C. F.
Hirjibehedin
, and
A. J.
Heinrich
,
Nat. Phys.
4
(
11
),
847
(
2008
).
48.
R.
Sessoli
,
D.
Gatteschi
,
A.
Caneschi
, and
M. A.
Novak
,
Nature
365
(
6442
),
141
(
1993
).
49.
A. L.
Barra
,
P.
Debrunner
,
D.
Gatteschi
,
C. E.
Schulz
, and
R.
Sessoli
,
Europhys. Lett.
35
(
2
),
133
(
1996
).
50.
M.
Mannini
,
F.
Pineider
,
C.
Danieli
,
F.
Totti
,
L.
Sorace
,
P.
Sainctavit
,
M. A.
Arrio
,
E.
Otero
,
L.
Joly
,
J. C.
Cezar
,
A.
Cornia
, and
R.
Sessoli
,
Nature
468
(
7322
),
417
(
2010
).
51.
M.
Mannini
,
F.
Pineider
,
P.
Sainctavit
,
C.
Danieli
,
E.
Otero
,
C.
Sciancalepore
,
A. M.
Talarico
,
M. A.
Arrio
,
A.
Cornia
,
D.
Gatteschi
, and
R.
Sessoli
,
Nat. Mater.
8
(
3
),
194
(
2009
).
52.
J. M.
Zadrozny
,
D. J.
Xiao
,
M.
Atanasov
,
G. J.
Long
,
F.
Grandjean
,
F.
Neese
, and
J. R.
Long
,
Nat. Chem.
5
(
7
),
577
(
2013
).
53.
J.
Dreiser
,
J. Phys. Condens. Matter
27
(
18
),
183203
(
2015
).
54.
N.
Ishikawa
,
M.
Sugita
,
T.
Ishikawa
,
S.
Koshihara
, and
Y.
Kaizu
,
J. Am. Chem. Soc.
125
(
29
),
8694
(
2003
).
55.
Y. C.
Chen
,
J. L.
Liu
,
L.
Ungur
,
J.
Liu
,
Q. W.
Li
,
L. F.
Wang
,
Z. P.
Ni
,
L. F.
Chibotaru
,
X. M.
Chen
, and
M. L.
Tong
,
J. Am. Chem. Soc.
138
(
8
),
2829
(
2016
).
56.
R.
Westerström
,
J.
Dreiser
,
C.
Piamonteze
,
M.
Muntwiler
,
S.
Weyeneth
,
K.
Krämer
,
S.-X.
Liu
,
S.
Decurtins
,
A.
Popov
,
S.
Yang
,
L.
Dunsch
, and
T.
Greber
,
Phys. Rev. B
89
(
6
),
060406
(
2014
).
57.
R.
Westerstrom
,
J.
Dreiser
,
C.
Piamonteze
,
M.
Muntwiler
,
S.
Weyeneth
,
H.
Brune
,
S.
Rusponi
,
F.
Nolting
,
A.
Popov
,
S.
Yang
,
L.
Dunsch
, and
T.
Greber
,
J. Am. Chem. Soc.
134
(
24
),
9840
(
2012
).
58.
F.
Pointillart
,
K.
Bernot
,
S.
Golhen
,
B. L.
Guennic
,
T.
Guizouarn
,
L.
Ouahab
, and
O.
Cador
,
Angew. Chem. Int. Ed. Engl.
54
(
5
),
1504
(
2015
).
59.
N.
Ishikawa
,
M.
Sugita
, and
W.
Wernsdorfer
,
Angew. Chem. Int. Ed.
44
(
19
),
2931
(
2005
).
60.
S.-D.
Jiang
,
B.-W.
Wang
,
H.-L.
Sun
,
Z.-M.
Wang
, and
S.
Gao
,
J. Am. Chem. Soc.
133
(
13
),
4730
(
2011
).
61.
C. A. P.
Goodwin
,
F.
Ortu
,
D.
Reta
,
N. F.
Chilton
, and
D. P.
Mills
,
Nature
548
(
7668
),
439
(
2017
).
62.
F. S.
Guo
,
B. M.
Day
,
Y. C.
Chen
,
M. L.
Tong
,
A.
Mansikkamaki
, and
R. A.
Layfield
,
Angew. Chem. Int. Ed. Engl.
56
(
38
),
11445
(
2017
).
63.
G.
Velkos
,
D. S.
Krylov
,
K.
Kirkpatrick
,
L.
Spree
,
V.
Dubrovin
,
B.
Büchner
,
S. M.
Avdoshenko
,
V.
Bezmelnitsyn
,
S.
Davis
,
P.
Faust
,
J.
Duchamp
,
H. C.
Dorn
, and
A. A.
Popov
,
Angew. Chem. Int. Ed.
58
(
18
),
5891
(
2019
).
64.
J. D.
Rinehart
,
M.
Fang
,
W. J.
Evans
, and
J. R.
Long
,
Nat. Chem.
3
(
7
),
538
(
2011
).
65.
D.
Gatteschi
and
R.
Sessoli
,
Angew. Chem. Int. Ed.
42
(
3
),
268
(
2003
).
66.
F. S.
Guo
,
B. M.
Day
,
Y. C.
Chen
,
M. L.
Tong
,
A.
Mansikkamaki
, and
R. A.
Layfield
,
Science
362
(
6421
),
1400
(
2018
).
67.
M.
Studniarek
,
C.
Wäckerlin
,
A.
Singha
,
R.
Baltic
,
K.
Diller
,
F.
Donati
,
S.
Rusponi
,
H.
Brune
,
Y.
Lan
,
S.
Klyatskaya
,
M.
Ruben
,
A. P.
Seitsonen
, and
J.
Dreiser
,
Adv. Sci.
6
(
22
),
1901736
(
2019
).
68.
C.
Wäckerlin
,
F.
Donati
,
A.
Singha
,
R.
Baltic
,
S.
Rusponi
,
K.
Diller
,
F.
Patthey
,
M.
Pivetta
,
Y.
Lan
,
S.
Klyatskaya
,
M.
Ruben
,
H.
Brune
, and
J.
Dreiser
,
Adv. Mater.
28
(
26
),
5195
(
2016
).
69.
C. ‐H.
Chen
,
L.
Spree
,
E.
Koutsouflakis
,
D. S.
Krylov
,
F.
Liu
,
A.
Brandenburg
,
G.
Velkos
,
S.
Schimmel
,
S. M.
Avdoshenko
,
A.
Fedorov
,
E.
Weschke
,
F.
Choueikani
,
P.
Ohresser
,
J.
Dreiser
,
B.
Büchner
, and
A. A.
Popov
,
Adv. Sci.
8
(
5
),
2000777
(
2021
).
70.
G.
Serrano
,
L.
Poggini
,
M.
Briganti
,
A. L.
Sorrentino
,
G.
Cucinotta
,
L.
Malavolti
,
B.
Cortigiani
,
E.
Otero
,
P.
Sainctavit
,
S.
Loth
,
F.
Parenti
,
A.-L.
Barra
,
A.
Vindigni
,
A.
Cornia
,
F.
Totti
,
M.
Mannini
, and
R.
Sessoli
,
Nat. Mater.
19
(
5
),
546
(
2020
).
71.
M.
Mannini
,
F.
Bertani
,
C.
Tudisco
,
L.
Malavolti
,
L.
Poggini
,
K.
Misztal
,
D.
Menozzi
,
A.
Motta
,
E.
Otero
,
P.
Ohresser
,
P.
Sainctavit
,
G. G.
Condorelli
,
E.
Dalcanale
, and
R.
Sessoli
,
Nat. Commun.
5
,
4582
(
2014
).
72.
F.
Paschke
,
T.
Birk
,
V.
Enenkel
,
F.
Liu
,
V.
Romankov
,
J.
Dreiser
,
A. A.
Popov
, and
M.
Fonin
,
Adv. Mater.
33
(
40
),
2102844
(
2021
).
73.
L.
Spree
,
F.
Liu
,
V.
Neu
,
M.
Rosenkranz
,
G.
Velkos
,
Y.
Wang
,
S.
Schiemenz
,
J.
Dreiser
,
P.
Gargiani
,
M.
Valvidares
,
C.-H.
Chen
,
B.
Büchner
,
S. M.
Avdoshenko
, and
A. A.
Popov
,
Adv. Funct. Mater.
2021
,
2105516
.
74.
T.
Balashov
,
T.
Miyamachi
,
T.
Schuh
,
T.
Märkl
,
C.
Bresch
, and
W.
Wulfhekel
,
Surf. Sci.
630
,
331
(
2014
).
75.
T.
Miyamachi
,
T.
Schuh
,
T.
Markl
,
C.
Bresch
,
T.
Balashov
,
A.
Stohr
,
C.
Karlewski
,
S.
Andre
,
M.
Marthaler
,
M.
Hoffmann
,
M.
Geilhufe
,
S.
Ostanin
,
W.
Hergert
,
I.
Mertig
,
G.
Schon
,
A.
Ernst
, and
W.
Wulfhekel
,
Nature
503
(
7475
),
242
(
2013
).
76.
T.
Schuh
,
T.
Miyamachi
,
S.
Gerstl
,
M.
Geilhufe
,
M.
Hoffmann
,
S.
Ostanin
,
W.
Hergert
,
A.
Ernst
, and
W.
Wulfhekel
,
Nano Lett.
12
(
9
),
4805
(
2012
).
77.
C.
Nistor
,
A.
Mugarza
,
S.
Stepanow
,
P.
Gambardella
,
K.
Kummer
,
J.
Luis Diez-Ferrer
,
D.
Coffey
,
C.
de la Fuente
,
M.
Ciria
, and
J. I.
Arnaudas
,
Phys. Rev. B
90
(
6
),
064423
(
2014
).
78.
A.
Singha
,
R.
Baltic
,
F.
Donati
,
C.
Wäckerlin
,
J.
Dreiser
,
L.
Persichetti
,
S.
Stepanow
,
P.
Gambardella
,
S.
Rusponi
, and
H.
Brune
,
Phys. Rev. B
96
(
22
),
224418
(
2017
).
79.
A.
Singha
,
F.
Donati
,
C.
Wäckerlin
,
R.
Baltic
,
J.
Dreiser
,
M.
Pivetta
,
S.
Rusponi
, and
H.
Brune
,
Nano Lett.
16
(
6
),
3475
(
2016
).
80.
F.
Donati
,
A.
Singha
,
S.
Stepanow
,
C.
Wäckerlin
,
J.
Dreiser
,
P.
Gambardella
,
S.
Rusponi
, and
H.
Brune
,
Phys. Rev. Lett.
113
(
23
),
237201
(
2014
).
81.
M.
Steinbrecher
,
A.
Sonntag
,
M. dos
Santos Dias
,
M.
Bouhassoune
,
S.
Lounis
,
J.
Wiebe
,
R.
Wiesendanger
, and
A. A.
Khajetoorians
,
Nat. Commun.
7
,
10454
(
2016
).
82.
F.
Donati
,
S.
Rusponi
,
S.
Stepanow
,
C.
Wäckerlin
,
A.
Singha
,
L.
Persichetti
,
R.
Baltic
,
K.
Diller
,
F.
Patthey
,
E.
Fernandes
,
J.
Dreiser
,
Z.
Sljivancanin
,
K.
Kummer
,
C.
Nistor
,
P.
Gambardella
, and
H.
Brune
,
Science
352
(
6283
),
318
(
2016
).
83.
R.
Baltic
,
M.
Pivetta
,
F.
Donati
,
C.
Wäckerlin
,
A.
Singha
,
J.
Dreiser
,
S.
Rusponi
, and
H.
Brune
,
Nano Lett.
16
(
12
),
7610
(
2016
).
84.
A.
Singha
,
P.
Willke
,
T.
Bilgeri
,
X.
Zhang
,
H.
Brune
,
F.
Donati
,
A. J.
Heinrich
, and
T.
Choi
,
Nat. Commun.
12
(
1
),
4179
(
2021
).
85.
F.
Donati
,
S.
Rusponi
,
S.
Stepanow
,
L.
Persichetti
,
A.
Singha
,
D. M.
Juraschek
,
C.
Wäckerlin
,
R.
Baltic
,
M.
Pivetta
,
K.
Diller
,
C.
Nistor
,
J.
Dreiser
,
K.
Kummer
,
E.
Velez-Fort
,
N. A.
Spaldin
,
H.
Brune
, and
P.
Gambardella
,
Phys. Rev. Lett.
124
(
7
),
077204
(
2020
).
86.
F. D.
Natterer
,
F.
Donati
,
F.
Patthey
, and
H.
Brune
,
Phys. Rev. Lett.
121
(
2
),
027201
(
2018
).
87.
F. D.
Natterer
,
K.
Yang
,
W.
Paul
,
P.
Willke
,
T.
Choi
,
T.
Greber
,
A. J.
Heinrich
, and
C. P.
Lutz
,
Nature
543
(
7644
),
226
(
2017
).
88.
J.
Stöhr
and
H. C.
Siegmann
,
Magnetism: From Fundamentals to Nanoscale Dynamics
(
Springer
,
Berlin
,
2006
).
89.
J.
Stöhr
,
J. Magn. Magn. Mater.
200
(
1
),
470
(
1999
).
90.
J. D.
Rinehart
and
J. R.
Long
,
Chem. Sci.
2
(
11
),
2078
(
2011
).
91.
L.
Ungur
and
L. F.
Chibotaru
,
Inorg. Chem.
55
(
20
),
10043
(
2016
).
92.
L.
Ungur
,
J. J.
Le Roy
,
I.
Korobkov
,
M.
Murugesu
, and
L. F.
Chibotaru
,
Angew. Chem. Int. Ed. Engl.
53
(
17
),
4413
(
2014
).
93.
H.
Brune
and
P.
Gambardella
,
Surf. Sci.
603
(
10–12
),
1812
(
2009
).
94.
I.
Gallardo
,
A.
Arnau
,
F.
Delgado
,
R.
Baltic
,
A.
Singha
,
F.
Donati
,
C.
Wäckerlin
,
J.
Dreiser
,
S.
Rusponi
, and
H.
Brune
,
New J. Phys.
21
(
7
),
073053
(
2019
).
95.
R.
Baltic
,
F.
Donati
,
A.
Singha
,
C.
Wäckerlin
,
J.
Dreiser
,
B.
Delley
,
M.
Pivetta
,
S.
Rusponi
, and
H.
Brune
,
Phys. Rev. B
98
(
2
),
024412
(
2018
).
96.
R.
Rejali
,
D.
Coffey
,
J.
Gobeil
,
J. W.
González
,
F.
Delgado
, and
A. F.
Otte
,
npj Quantum Mater.
5
(
1
),
60
(
2020
).
97.
M.
Marciani
,
C.
Hübner
, and
B.
Baxevanis
,
Phys. Rev. B
95
(
12
),
125433
(
2017
).
98.
C.
Hübner
,
B.
Baxevanis
,
A. A.
Khajetoorians
, and
D.
Pfannkuche
,
Phys. Rev. B
90
(
15
),
155134
(
2014
).
99.
G. E.
Pacchioni
,
L.
Gragnaniello
,
F.
Donati
,
M.
Pivetta
,
G.
Autès
,
O. V.
Yazyev
,
S.
Rusponi
, and
H.
Brune
,
Phys. Rev. B
91
(
23
),
235426
(
2015
).
100.
J. P.
Gauyacq
and
N.
Lorente
,
Phys. Rev. B
87
(
19
),
195402
(
2013
).
101.
J.-P.
Gauyacq
,
N.
Lorente
, and
F. D.
Novaes
,
Prog. Surf. Sci.
87
(
5–8
),
63
(
2012
).
102.
F. D.
Novaes
,
N.
Lorente
, and
J.-P.
Gauyacq
,
Phys. Rev. B
82
(
15
),
155401
(
2010
).
103.
G.
Bellessa
,
N.
Vernier
,
B.
Barbara
, and
D.
Gatteschi
,
Phys. Rev. Lett.
83
(
2
),
416
(
1999
).
104.
F.
Leuenberger
,
A.
Parge
,
W.
Felsch
,
F.
Baudelet
,
C.
Giorgetti
,
E.
Dartyge
, and
F.
Wilhelm
,
Phys. Rev. B
73
(
21
),
214430
(
2006
).
105.
M. N.
Leuenberger
and
D.
Loss
,
Phys. Rev. B
61
(
2
),
1286
(
2000
).
106.
M.
Ganzhorn
,
S.
Klyatskaya
,
M.
Ruben
, and
W.
Wernsdorfer
,
Nat. Commun.
7
(
1
),
11443
(
2016
).
107.
D. A.
Garanin
,
X.
Martínez Hidalgo
, and
E. M.
Chudnovsky
,
Phys. Rev. B
57
(
21
),
13639
(
1998
).
108.
A.
Fort
,
A.
Rettori
,
J.
Villain
,
D.
Gatteschi
, and
R.
Sessoli
,
Phys. Rev. Lett.
80
(
3
),
612
(
1998
).
109.
E.
Fernandes
,
F.
Donati
,
F.
Patthey
,
S.
Stavrić
,
Ž.
Šljivančanin
, and
H.
Brune
,
Phys. Rev. B
96
(
4
),
045419
(
2017
).
110.
D. A.
Garanin
and
E. M.
Chudnovsky
,
Phys. Rev. B
92
(
2
),
024421
(
2015
).
111.
C.
Calero
,
E. M.
Chudnovsky
, and
D. A.
Garanin
,
Phys. Rev. B
74
(
9
),
094428
(
2006
).
113.
D. L.
Nika
and
A. A.
Balandin
,
Rep. Prog. Phys.
80
(
3
),
036502
(
2017
).
114.
J.
Zhang
,
M.
Bachman
,
M.
Czerner
, and
C.
Heiliger
,
Phys. Rev. Lett.
115
(
3
),
037203
(
2015
).
115.
A.
Abragam
and
B.
Bleaney
,
Electron Paramagnetic Resonance of Transition Ions
(
Clarendon Press
,
1970
).
116.
L.
Ungur
,
M.
Thewissen
,
J. P.
Costes
,
W.
Wernsdorfer
, and
L. F.
Chibotaru
,
Inorg. Chem.
52
(
11
),
6328
(
2013
).
117.
A.
Barla
,
V.
Bellini
,
S.
Rusponi
,
P.
Ferriani
,
M.
Pivetta
,
F.
Donati
,
F.
Patthey
,
L.
Persichetti
,
S. K.
Mahatha
,
M.
Papagno
,
C.
Piamonteze
,
S.
Fichtner
,
S.
Heinze
,
P.
Gambardella
,
H.
Brune
, and
C.
Carbone
,
ACS Nano
10
(
1
),
1101
(
2016
).
118.
M.
Bode
,
Rep. Prog. Phys.
66
(
4
),
523
(
2003
).
119.
M.
Hänze
,
G.
McMurtrie
,
S.
Baumann
,
L.
Malavolti
,
S. N.
Coppersmith
, and
S.
Loth
,
Sci. Adv.
7
(
33
),
eabg2616
(
2021
).
120.
P.
Carra
,
B. T.
Thole
,
M.
Altarelli
, and
X.
Wang
,
Phys. Rev. Lett.
70
(
5
),
694
(
1993
).
121.
B. T.
Thole
,
P.
Carra
,
F.
Sette
, and
G.
van der Laan
,
Phys. Rev. Lett.
68
(
12
),
1943
(
1992
).
122.
J.
Dreiser
,
R.
Westerström
,
C.
Piamonteze
,
F.
Nolting
,
S.
Rusponi
,
H.
Brune
,
S.
Yang
,
A.
Popov
,
L.
Dunsch
, and
T.
Greber
,
Appl. Phys. Lett.
105
(
3
),
032411
(
2014
).
123.
A.
Li Bassi
,
C. S.
Casari
,
D.
Cattaneo
,
F.
Donati
,
S.
Foglio
,
M.
Passoni
,
C. E.
Bottani
,
P.
Biagioni
,
A.
Brambilla
,
M.
Finazzi
,
F.
Ciccacci
, and
L.
Duò
,
Appl. Phys. Lett.
91
(
17
),
173120
(
2007
).
124.
P. R.
Forrester
,
T.
Bilgeri
,
F.
Patthey
,
H.
Brune
, and
F. D.
Natterer
,
Rev. Sci. Instrum.
89
(
12
),
123706
(
2018
).
125.
R.
Wiesendanger
,
I. V.
Shvets
,
D.
Bürgler
,
G.
Tarrach
,
H. J.
Güntherodt
,
J. M. D.
Coey
, and
S.
Gräser
,
Science
255
(
5044
),
583
(
1992
).
126.
M.
Corbetta
,
S.
Ouazi
,
J.
Borme
,
Y.
Nahas
,
F.
Donati
,
H.
Oka
,
S.
Wedekind
,
D.
Sander
, and
J.
Kirschner
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
51
,
030208
(
2012
).
127.
A.
Kubetzka
,
M.
Bode
,
O.
Pietzsch
, and
R.
Wiesendanger
,
Phys. Rev. Lett.
88
(
5
),
057201
(
2002
).
128.
S.
Loth
,
M.
Etzkorn
,
C. P.
Lutz
,
D. M.
Eigler
, and
A. J.
Heinrich
,
Science
329
(
5999
),
1628
(
2010
).
129.
G.
Rodary
,
S.
Wedekind
,
H.
Oka
,
D.
Sander
, and
J.
Kirschner
,
Appl. Phys. Lett.
95
(
15
),
152513
(
2009
).
130.
E.
Fernandes
, “
Adsorption sites of metal atoms on MgO thin films and rotational quantum state spectroscopy of physisorbed H2
,” Ph.D. thesis (
EPFL
,
2017
).
131.
S.
Baumann
,
W.
Paul
,
T.
Choi
,
C. P.
Lutz
,
A.
Ardavan
, and
A. J.
Heinrich
,
Science
350
(
6259
),
417
(
2015
).
132.
T.
Choi
,
W.
Paul
,
S.
Rolf-Pissarczyk
,
A. J.
Macdonald
,
F. D.
Natterer
,
K.
Yang
,
P.
Willke
,
C. P.
Lutz
, and
A. J.
Heinrich
,
Nat. Nanotechnol.
12
(
5
),
420
(
2017
).
133.
P. R.
Forrester
,
F.
Patthey
,
E.
Fernandes
,
D. P.
Sblendorio
,
H.
Brune
, and
F. D.
Natterer
,
Phys. Rev. B
100
(
18
),
180405
(
2019
).
134.
A.
Singha
,
D.
Sostina
,
C.
Wolf
,
Safa
,
D.
Krylov
,
L.
Colazzo
,
P.
Gargiani
,
S.
Agrestini
,
W.-S.
Noh
,
J.-H.
Park
,
M.
Pivetta
,
S.
Rusponi
,
H.
Brune
,
A. J.
Heinrich
,
A.
Barla
, and
F.
Donati
,
ACS Nano
(published online, 2021).
135.
M.
Pivetta
,
F.
Patthey
,
I.
Di Marco
,
A.
Subramonian
,
O.
Eriksson
,
S.
Rusponi
, and
H.
Brune
,
Phys. Rev. X
10
(
3
),
031054
(
2020
).
136.
B. T.
Thole
,
G.
van der Laan
,
J. C.
Fuggle
,
G. A.
Sawatzky
,
R. C.
Karnatak
, and
J.
Esteva
,
Phys. Rev. B
32
(
8
),
5107
(
1985
).
137.
B. T.
Thole
,
G.
van der Laan
, and
G. A.
Sawatzky
,
Phys. Rev. Lett.
55
(
19
),
2086
(
1985
).
138.
R.
Nakajima
, “
X-ray magnetic circular dichroism spectroscopy in transition metal thin films
,” Ph.D. thesis (
Stanford University
,
1998
).
139.
A.
Uldry
,
F.
Vernay
, and
B.
Delley
,
Phys. Rev. B
85
(
12
),
125133
(
2012
).
140.
M. W.
Haverkort
,
J. Phys.: Conf. Ser.
712
,
012001
(
2016
).
141.
F.
Donati
,
M.
Pivetta
,
C.
Wolf
,
A.
Singha
,
C.
Wäckerlin
,
R.
Baltic
,
E.
Fernandes
,
J.-G.
de Groot
,
S. L.
Ahmed
,
L.
Persichetti
,
C.
Nistor
,
J.
Dreiser
,
A.
Barla
,
P.
Gambardella
,
H.
Brune
, and
S.
Rusponi
,
Nano Lett.
(published online, 2021).
142.
M.
Garg
and
K.
Kern
,
Science
367
(
6476
),
411
(
2020
).
143.
T. L.
Cocker
,
D.
Peller
,
P.
Yu
,
J.
Repp
, and
R.
Huber
,
Nature
539
(
7628
),
263
(
2016
).
144.
D.
Peller
,
L. Z.
Kastner
,
T.
Buchner
,
C.
Roelcke
,
F.
Albrecht
,
N.
Moll
,
R.
Huber
, and
J.
Repp
,
Nature
585
(
7823
),
58
(
2020
).
145.
K.
Yang
,
W.
Paul
,
S.-H.
Phark
,
P.
Willke
,
Y.
Bae
,
T.
Choi
,
T.
Esat
,
A.
Ardavan
,
A. J.
Heinrich
, and
C. P.
Lutz
,
Science
366
(
6464
),
509
(
2019
).
146.
Y.
Bae
,
K.
Yang
,
P.
Willke
,
T.
Choi
,
A. J.
Heinrich
, and
C. P.
Lutz
,
Sci. Adv.
4
(
11
),
eaau4159
(
2018
).
147.
P.
Willke
,
W.
Paul
,
F. D.
Natterer
,
K.
Yang
,
Y.
Bae
,
T.
Choi
,
J.
Fernández-Rossier
,
A. J.
Heinrich
, and
C. P.
Lutz
,
Sci. Adv.
4
(
2
),
eaaq1543
(
2018
).
148.
M.
Pivetta
,
S.
Rusponi
, and
H.
Brune
,
Phys. Rev. B
98
(
11
),
115417
(
2018
).
149.
R.
Giraud
,
W.
Wernsdorfer
,
A. M.
Tkachuk
,
D.
Mailly
, and
B.
Barbara
,
Phys. Rev. Lett.
87
(
5
),
057203
(
2001
).
150.
A.
Jesche
,
R. W.
McCallum
,
S.
Thimmaiah
,
J. L.
Jacobs
,
V.
Taufour
,
A.
Kreyssig
,
R. S.
Houk
,
S. L.
Bud'ko
, and
P. C.
Canfield
,
Nat. Commun.
5
(
1
),
3333
(
2014
).
151.
G.
Balasubramanian
,
I. Y.
Chan
,
R.
Kolesov
,
M.
Al-Hmoud
,
J.
Tisler
,
C.
Shin
,
C.
Kim
,
A.
Wojcik
,
P. R.
Hemmer
,
A.
Krueger
,
T.
Hanke
,
A.
Leitenstorfer
,
R.
Bratschitsch
,
F.
Jelezko
, and
J.
Wrachtrup
,
Nature
455
(
7213
),
648
(
2008
).
152.
P.
Maletinsky
,
S.
Hong
,
M. S.
Grinolds
,
B.
Hausmann
,
M. D.
Lukin
,
R. L.
Walsworth
,
M.
Loncar
, and
A.
Yacoby
,
Nat. Nanotechnol.
7
(
5
),
320
(
2012
).
153.
S.
Hong
,
M. S.
Grinolds
,
P.
Maletinsky
,
R. L.
Walsworth
,
M. D.
Lukin
, and
A.
Yacoby
,
Nano Lett.
12
(
8
),
3920
(
2012
).
154.
E.
Marchiori
,
L.
Ceccarelli
,
N.
Rossi
,
L.
Lorenzelli
,
C. L.
Degen
, and
M.
Poggio
,
Nat. Rev. Phys.
(published online, 2021).
155.
J.
Grenz
,
A.
Köhler
,
A.
Schwarz
, and
R.
Wiesendanger
,
Phys. Rev. Lett.
119
(
4
),
047205
(
2017
).
156.
U.
Kaiser
,
A.
Schwarz
, and
R.
Wiesendanger
,
Nature
446
(
7135
),
522
(
2007
).
157.
N.
Hauptmann
,
J. W.
Gerritsen
,
D.
Wegner
, and
A. A.
Khajetoorians
,
Nano Lett.
17
(
9
),
5660
(
2017
).
158.
L. J. P.
Ament
,
M.
van Veenendaal
,
T. P.
Devereaux
,
J. P.
Hill
, and
J.
van den Brink
,
Rev. Mod. Phys.
83
(
2
),
705
(
2011
).
159.
J.
Pelliciari
,
S.
Karakuzu
,
Q.
Song
,
R.
Arpaia
,
A.
Nag
,
M.
Rossi
,
J.
Li
,
T.
Yu
,
X.
Chen
,
R.
Peng
,
M.
García-Fernández
,
A. C.
Walters
,
Q.
Wang
,
J.
Zhao
,
G.
Ghiringhelli
,
D.
Feng
,
T. A.
Maier
,
K.-J.
Zhou
,
S.
Johnston
, and
R.
Comin
,
Nat. Commun.
12
(
1
),
3122
(
2021
).
You do not currently have access to this content.