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　　日報北京3月11日電 北京大學化學與分子工程學院郭雪峰教授課題組與相關團隊合作，實現以石墨烯基單分子器件平臺為載體，單個調控對給體-受體結構的自由自旋轉換雙自由基分子的開殼特性進行了精準實時檢測與調控，并揭示了溫度、基量電場及磁場三種(zhong)外(wai)界(jie)因素如(ru)何影響(xiang)雙自由基(ji)自旋(xuan)態的實現轉換(huan)機制，在未來量(liang)子(zi)通信和(he)計算等(deng)方面(mian)具有巨(ju)大的單(dan)個調控(kong)應用前(qian)景。相關研究成(cheng)果(guo)日前(qian)以《單(dan)分(fen)子(zi)自由基(ji)中量(liang)子(zi)自旋(xuan)轉換(huan)的自由自旋(xuan)轉換(huan)調控(kong)》為(wei)題發表于《自然·納米(mi)技術》。

　　當今，基量信息技術發展迅猛，實現電子自旋的單個調控內在屬性在邏輯運算、數據存儲與信息讀取等方面的自由自旋轉換作用愈發凸顯。隨著實驗技術的基量持續進步，電子自旋的實現研究正由宏觀層面逐步深入到納米尺度甚至單自旋水平，為自旋相關應用開辟了寬廣道路。單個調控但在探測與調控單自旋領域，自由自旋轉換世界各國的科學家(jia)們仍面臨重大挑戰(zhan)。

　　本次研(yan)究中，團隊(dui)基(ji)(ji)于(yu)分(fen)子工程學原理，利用共價鍵將(jiang)給體-受體結構的雙(shuang)自由(you)基(ji)(ji)分(fen)子錨定(ding)(ding)在(zai)石墨烯納(na)米電極上，成(cheng)功構筑了單分(fen)子自由(you)基(ji)(ji)器(qi)件(jian)，并實現(xian)了在(zai)低溫環境下穩(wen)定(ding)(ding)的單電子傳輸性能。

　　隨后(hou)，團隊根據自由(you)基分子在不(bu)同溫度下(xia)的磁學測(ce)試，擬合了(le)單線態-三線態能隙，并(bing)通過實時電流測(ce)試觀(guan)察到(dao)三種(zhong)不(bu)同的電導狀態及其相互轉(zhuan)換(huan)(huan)關系，進而對(dui)這些狀態進行了(le)詳細分類(lei)與解析(xi)。活化(hua)能擬合結果表明，溫度的升高將(jiang)有利于促進從閉殼(ke)結構向(xiang)開殼(ke)結構的轉(zhuan)換(huan)(huan)，特別是向(xiang)開殼(ke)三線態的轉(zhuan)換(huan)(huan)。

　　在(zai)電場效(xiao)應(ying)研究中，團隊通(tong)過施加偏壓，成(cheng)功利用電場降低單線(xian)態(tai)(tai)-三線(xian)態(tai)(tai)轉(zhuan)(zhuan)換的能壘，促進閉殼(ke)單線(xian)態(tai)(tai)向(xiang)開殼(ke)三線(xian)態(tai)(tai)轉(zhuan)(zhuan)換。而單分(fen)子(zi)自由基器(qi)件在(zai)磁場調控方面的作用同(tong)樣顯著。在(zai)低溫情況(kuang)下，單分(fen)子(zi)自由基器(qi)件表現出明(ming)顯的正磁阻(zu)效(xiao)應(ying)，且(qie)磁場的增強促進了(le)(le)閉殼(ke)結構向(xiang)開殼(ke)三線(xian)態(tai)(tai)轉(zhuan)(zhuan)換，但(dan)同(tong)時抑制了(le)(le)向(xiang)開殼(ke)單線(xian)態(tai)(tai)的轉(zhuan)(zhuan)換。

　　郭雪峰表示，該研究證明了單分子電學方法在直接檢測與調控自由基分子自旋態的重要作用。如能進一步實現常溫環境穩定量子自旋態，這項研究成果將為開發基于分子自旋的量子信息系統提供重要的芯片技術支持，推動電子信息技術向更深層次發展。（記者 晉浩天）