【科技前沿】

我實現單個自由基量子自旋轉換調控

為開發量子(zi)信(xin)息系統提供重(zhong)要(yao)芯片(pian)技(ji)術支(zhi)持

　　日報北京3月11日電（記者晉浩天）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(chang)及磁場(chang)三(san)種外界因素如何影響(xiang)雙自(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)由基自(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)態的實現轉換(huan)機(ji)制，在未來(lai)量子(zi)通信和(he)計(ji)算等(deng)方面具有巨(ju)大的單(dan)個調控(kong)應(ying)用(yong)前景。相(xiang)關研究成果日前以《單(dan)分子(zi)自(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)由基中量子(zi)自(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)轉換(huan)的自(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)由自(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)轉換(huan)調控(kong)》為(wei)題發表于《自(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)然·納米技術》。

　　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(xue)家們仍面臨重(zhong)大挑戰。

　　本(ben)次研究中，團隊(dui)基于分(fen)(fen)(fen)子(zi)工程(cheng)學原理，利用共價鍵將(jiang)給體-受體結構的雙自由(you)(you)基分(fen)(fen)(fen)子(zi)錨定在石墨(mo)烯(xi)納米電極上，成功(gong)構筑了單分(fen)(fen)(fen)子(zi)自由(you)(you)基器(qi)件，并實現了在低溫環境(jing)下穩定的單電子(zi)傳(chuan)輸性能。

　　隨后，團隊(dui)根據自由(you)基分(fen)子在(zai)不(bu)同溫度下的磁學測試，擬合了單線(xian)態(tai)-三線(xian)態(tai)能(neng)隙，并通過(guo)實(shi)時(shi)電流測試觀察到三種不(bu)同的電導狀態(tai)及其相互轉換(huan)關系，進而對(dui)這些狀態(tai)進行了詳細分(fen)類與解析(xi)。活化(hua)能(neng)擬合結(jie)(jie)(jie)果(guo)表明，溫度的升高將有利(li)于促進從(cong)閉殼結(jie)(jie)(jie)構向開殼結(jie)(jie)(jie)構的轉換(huan)，特別是向開殼三線(xian)態(tai)的轉換(huan)。

　　在電(dian)場效(xiao)應研(yan)究中(zhong)，團隊(dui)通過施(shi)加(jia)偏壓，成(cheng)功利用電(dian)場降低(di)單(dan)線(xian)(xian)態(tai)-三線(xian)(xian)態(tai)轉(zhuan)(zhuan)換的(de)能壘，促進(jin)閉殼(ke)(ke)單(dan)線(xian)(xian)態(tai)向(xiang)開殼(ke)(ke)三線(xian)(xian)態(tai)轉(zhuan)(zhuan)換。而單(dan)分子自由基器(qi)件在磁場調控方面(mian)的(de)作(zuo)用同(tong)樣顯(xian)著。在低(di)溫情(qing)況(kuang)下，單(dan)分子自由基器(qi)件表現(xian)出明(ming)顯(xian)的(de)正磁阻(zu)效(xiao)應，且(qie)磁場的(de)增(zeng)強促進(jin)了閉殼(ke)(ke)結構向(xiang)開殼(ke)(ke)三線(xian)(xian)態(tai)轉(zhuan)(zhuan)換，但(dan)同(tong)時抑(yi)制(zhi)了向(xiang)開殼(ke)(ke)單(dan)線(xian)(xian)態(tai)的(de)轉(zhuan)(zhuan)換。

　　郭雪峰(feng)表示，該研究證明了(le)單(dan)分子(zi)電學方法(fa)在直(zhi)接檢測(ce)與(yu)調(diao)控自由基(ji)分子(zi)自旋(xuan)態(tai)的(de)重要(yao)作用(yong)。如(ru)能進(jin)一步實現常溫環境(jing)穩(wen)定量子(zi)自旋(xuan)態(tai)，這(zhe)項研究成(cheng)果(guo)將為開發基(ji)于分子(zi)自旋(xuan)的(de)量子(zi)信息系(xi)統提供重要(yao)的(de)芯(xin)片(pian)技術支持，推動電子(zi)信息技術向更深層次發展(zhan)。

　　《日報(bao)》（2024年03月(yue)12日?09版(ban)）