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想象一个微小的单分子，它像一个微观磁铁。在这个分子内部，有一个巨大的“自旋”（可以想象成一个微小的旋转陀螺），它可以指向不同的方向。通常，由于分子的内部结构，这个自旋会被困在指向某一侧的状态。要让它翻转到另一侧，它必须穿过一个势垒，就像幽灵穿墙而过一样。
本文探讨了当试图让电流通过单个这样的分子时会发生什么，但采用了非常特定的设置：连接分子左右两侧的导线是“极化”的，且方向相反。这就像有一扇门只允许戴红帽子的人从左侧进入，而另一扇门只允许戴蓝帽子的人从右侧进入。
以下是作者对分子内部发生的奇妙现象的解释：
两条路径与“幽灵”干涉
当自旋试图从一侧隧穿到另一侧时，它并非只走一条路径。量子力学指出，它会同时走两条路径。
作者解释说，如果施加一个特定的横向（垂直于主方向）磁场，这两条路径就会相互干涉。想象两个人穿过一片田野。如果他们步调完全一致，就会同时到达并激起巨大的水花（相长干涉）。但如果其中一人晚到了一瞬间，他们可能会相互抵消（相消干涉）。
在这个分子中，“横向”磁场就像一位指挥家，让这两条路径错开步调。在这个磁场的某些特定强度下，两条路径会完美地相互抵消。这被称为贝里相位（Berry Phase）效应。
交通堵塞
当这种“抵消”发生时，通常允许自旋翻转的能量间隙就会消失。就好像道路突然消失了。
由于自旋无法翻转，它就被困住了。既然自旋被困住，它就无法帮助电子从左边的导线穿过分子到达右边的导线。结果呢？电流完全停止。
作者表明，这不是一次性的现象。随着他们增加横向磁场的强度，电流并非只下降一次，而是像波浪一样起伏。每当磁场达到一个“神奇数值”时，路径再次相互抵消，电流就会降为零。这些就是“暗态”，此时分子拒绝导电。
他们如何证明这一点
团队通过两种方式进行了验证：
- 数学方法（解析法）： 他们使用复杂的方程（微扰理论）来精确预测这些“交通堵塞”何时会发生。他们推导出了一个公式，表明电流取决于分子的自旋大小和磁场强度。他们发现，分子内部的自旋越大，随着磁场变化，电流降为零的次数就越多。
- 模拟方法（数值法）： 为了确保他们的数学不仅仅是漂亮的理论，他们使用了一个名为QmeQ的免费计算机程序（用 Python 编写）来模拟该分子。他们构建了分子、导线和磁场的数字版本。
结果
计算机模拟与数学结果完美吻合。图表显示，电流的升降模式与方程预测的完全一致。
简而言之： 本文证明，你可以利用横向磁场作为单分子晶体管的开关。通过调节磁场，你可以让电流流动或完全阻断它，这仅仅是利用了分子内部自旋的量子干涉效应。当分子连接到渴望相反类型电子的导线时，这种效果最佳，从而创造出一种情境，使得量子“幽灵路径”相互抵消并阻断流动。
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