新加坡国立大学研发磁蝴蝶推进量子技术

　　纳米石墨烯的磁性通常来源于其特殊电子的排列，称为π电子，或它们相互作用的强度。然而，很难使这些性质一起工作以产生多个相关的自旋。纳米石墨烯也主要表现出单一的磁顺序，其中自旋要么在同一方向(铁磁性)排列，要么在相反方向(反铁磁性)排列。

　　研究人员开发了一种方法来克服这些挑战。他们的蝴蝶形状的纳米石墨烯，具有铁磁性和反铁磁性，是由四个较小的三角形在中心组合成一个菱形而形成的。

　　为了制造“蝴蝶”纳米石墨烯，新加坡国立大学研究人员最初通过传统的溶液化学设计了一种特殊的分子前体。该前驱体随后被用于在真空环境下进行的新型固相化学反应——表面合成。这种方法使研究人员能够在原子水平上精确地控制纳米石墨烯的形状和结构。

　　“蝴蝶”纳米石墨烯的一个有趣的方面是它的四个未配对π电子，其自旋主要在“翅膀”区域离域并纠缠在一起。研究人员使用一种超冷扫描探针显微镜，用镍新世尖端作为原子尺度的自旋传感器，测量了蝴蝶纳米石墨烯的磁性。此外，这项新技术帮助科学家直接探测纠缠自旋，以了解纳米石墨烯在原子尺度上的磁性是如何工作的。这一突破不仅解决了现有的挑战，而且为在最小尺度上精确控制磁性开辟了新的可能性，导致量子材料研究取得了令人兴奋的进展。

　　“从这项研究中获得的见解为创造具有设计量子自旋架构的新一代有机量子材料铺平了道路。展望未来，我们的目标是在单分子水平上测量自旋动力学和相干时间，并对这些纠缠自旋进行相干操纵。这代表着朝着实现更强大的信息处理和存储能力迈出了重要的一步。”

　　Lu副教授说:“磁性纳米石墨烯是一种由熔融苯环组成的微小分子，由于其化学上的多功能性和较长的自旋相干时间，它作为下一代量子材料具有重要的前景，可以承载迷人的量子自旋。然而，在这样的系统中创建多个高度纠缠的自旋对于构建可扩展和复杂的量子网络来说是一项艰巨而又必不可少的任务。”

　　这一重大成就是合成化学家、材料科学家和物理学家密切合作的结果，其中包括来自布拉格捷克科学院的Pavel Jelinek教授和Libor Vei博士。

　　这项研究突破于2024年2月19日发表在科学杂志《自然化学》上。

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