Nanografeenit mahdollistavat monen spinin lomittumisen

Singaporen kansallisen yliopiston (NUS) tutkijat ja yhteistyökumppanit ovat kehittäneet ennakoivan suunnittelustrategian sellaisten grafeenin kaltaisten molekyylien luomiseksi, joilla on useita vuorovaikutteisia spinejä ja parempi sietokyky magneettisille häiriöille.

Tämä avaa uusia mahdollisuuksia molekyylitason kvantti-informaatioteknologioille ja seuraavan sukupolven spintroniikalle.

Tutkimusryhmää johti professori Jiong Lu yhdessä professori Jishan Wun sekä kansainvälisten yhteistyökumppaneiden kanssa, mukaan lukien keskeinen avustaja professori Pavel Jelinek Tšekin tiedeakatemiasta.

Magneettiset nanografeenit, jotka ovat fuusioituneista bentseenirenkaista koostuvia molekyylejä, ovat kasvavan kiinnostuksen kohteena kvanttiteknologioille, koska ne voivat isännöidä parittomia elektroneja tai spinejä, joita voidaan käyttää informaation tallentamiseen ja käsittelyyn.

Toisin kuin perinteiset metalliatomipohjaiset magneettiset materiaalit, nämä hiilipohjaiset järjestelmät tarjoavat kemiallista monipuolisuutta ja pitkiä spinien koherenssiaikoja. Yksittäisen molekyylin, joka sisältää useita vahvasti kytkettyjä spinejä, valmistaminen vakaalla ja kontrolloidulla tavalla on kuitenkin edelleen suuri haaste.

Professori Lu sanoi: ”Työmme osoittaa selkeän rakenne/ominaisuus -suhteen tiimalasin muotoisissa nanografeeneissa yhdistämällä kokeellisia ja teoreettisia tutkimuksia. Nämä edistysaskeleet tarjoavat ennennäkemättömän hallinnan molekyylimateriaalien magneettisiin ominaisuuksiin, mikä avaa uusia mahdollisuuksia hiilipohjaisille molekyylikubiteille ja kvanttisimulaattoreille.”

Tutkimusryhmä vertasi myös kahden tetraradikaalimolekyylin magneettista resilienssiä skannaavalla koetinmikroskopiamittauksella magneettianturilla.

Vaikka molemmissa molekyyleissä on neljä vahvasti korreloivaa spiniä, ne käyttäytyivät eri tavalla ulkoisten magneettisten häiriöiden alaisena. Toinen molekyyli osoitti paljon vahvempaa resilienssiä, mikä tarkoittaa, että sen kvanttitilaa oli vaikeampi häiritä mittauksen aikana. Tämä kestävyys on erityisen tärkeää sovelluksissa, kuten molekyyli-kubiteissa, joissa hauraiden kvanttitilojen säilyttäminen on olennaista.

”Tulevaisuudessa pyrimme tutkimaan spin-dynamiikkaa ja koherenssiaikoja yksittäisen molekyylin tasolla ja saavuttamaan näiden lomittuneiden spinien koherentin hallinnan. Tämä on tärkeä askel kohti molekyylikubittien ja spintronisten nanolaitteiden kehittämistä”, lisäsi professori Lu.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttielektroniikka grafeenien avulla

Neutriinoistako uusin energiatekniikka?

Laskentaa molekyyleillä