將信息設(shè)備縮小到原子尺度引起了使用單個自旋作為數(shù)據(jù)存儲基本單元的興趣。這需要精確檢測和控制自旋狀態(tài)以及更好地理解自旋-自旋相互作用。
梨花女子大學(xué) (QNS) IBS 量子納米科學(xué)中心的科學(xué)家們有史以來第一次在掃描隧道顯微鏡中使用電子自旋共振對單個分子的自旋進行了成像。本月發(fā)表在《自然化學(xué)》上的這項成就利用合成化學(xué)的力量來控制分子的電子自旋。
掃描隧道顯微鏡 (STM) 能夠以其他技術(shù)無法實現(xiàn)的水平逐個原子地觀察精確的原子結(jié)構(gòu)。本研究使用應(yīng)用于 STM 尖端的電微波來驅(qū)動單個分子上的電子自旋共振 (ESR)，并使用該技術(shù)研究兩個分子之間的磁相互作用。
“在原子尺度的量子控制研究中使用單個分子總是具有很高的興趣和重要性。這項工作揭示了非定域自旋之間一些有趣的磁相互作用，這對于開發(fā)基于分子的自旋電子器件至關(guān)重要，”該論文的第一作者張學(xué)博士說。
Fe、Ti 原子和 FePc 分子共同沉積在銀基板上生長的氧化鎂薄膜表面。然后使用配備 ESR 功能的 STM 對它們進行成像和探測。這項工作將 ESR 實驗平臺從單個原子擴展到了更廣泛的物質(zhì)類別——磁性分子，這為對單個磁性分子進行量子控制帶來了更多的可能性。
電子自旋共振在生物學(xué)和化學(xué)中被廣泛用于確定未知分子的結(jié)構(gòu)并測量這些分子中自旋的動態(tài)特性。ESR 是磁共振成像 (MRI) 的近親，大多數(shù)人在醫(yī)院就診時都熟悉它。ESR 也是新興的量子相干納米科學(xué)研究領(lǐng)域的重要工具，在該領(lǐng)域中，自旋的量子特性被用于量子計算和量子信息科學(xué)。
“令人印象深刻的是，可以用納米電子伏特精度的能量分辨率來研究分子間相互作用。當(dāng)然，我們應(yīng)該用這種奇妙的 ESR-STM 技術(shù)探索更多的未知數(shù)，”QNS 的 Yu Wang 說。
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