新加坡國立大學(xué) (NUS) 的研究人員開發(fā)了一種新的設(shè)計概念，用于創(chuàng)建下一代碳基量子材料，其形式是微小的磁性納米石墨烯，具有獨特的蝴蝶形狀，具有高度相關(guān)的自旋。這種新設(shè)計有可能加速量子材料的進(jìn)步，這對于開發(fā)復(fù)雜的量子計算技術(shù)至關(guān)重要，這些技術(shù)有望徹底改變信息處理和度存儲能力。
該團(tuán)隊由新加坡國立大學(xué)化學(xué)系和功能智能材料研究所的盧炯副教授、新加坡國立大學(xué)化學(xué)系吳繼山教授以及國際合作者領(lǐng)導(dǎo)。該研究發(fā)表在《自然化學(xué)》雜志上。
磁性納米石墨烯是一種由石墨烯分子制成的微小結(jié)構(gòu)，由于碳原子π軌道中特定電子的行為而表現(xiàn)出顯著的磁性。通過在納米尺度上精確設(shè)計這些碳原子的排列，可以實現(xiàn)對這些獨特電子行為的控制。這使得納米石墨烯非常有希望用于制造極小的磁體和制造量子計算機(jī)所需的基本構(gòu)建塊(稱為量子位或量子位)。
研究人員開發(fā)的蝴蝶形磁性石墨烯的獨特結(jié)構(gòu)有四個類似于蝴蝶翅膀的圓角三角形，每個翅膀都持有一個不成對的π電子，負(fù)責(zé)觀察到的磁性。該結(jié)構(gòu)是通過納米結(jié)構(gòu)石墨烯中 π 電子網(wǎng)絡(luò)的原子級精確設(shè)計實現(xiàn)的。
盧副教授表示：“磁性納米石墨烯是一種由稠合苯環(huán)組成的微小分子，由于其化學(xué)多功能性和較長的自旋相干時間，作為下一代量子材料具有重要的前景，可以承載令人著迷的量子自旋。然而，它會產(chǎn)生多個高度糾纏的材料。”對于構(gòu)建可擴(kuò)展且復(fù)雜的量子網(wǎng)絡(luò)來說，在此類系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)是一項艱巨但必不可少的任務(wù)。”
這一成就是合成化學(xué)家、材料科學(xué)家和物理學(xué)家密切合作的結(jié)果，其中包括來自布拉格捷克科學(xué)院的關(guān)鍵貢獻(xiàn)者 Pavel Jelinek 教授和 Libor Vei 博士。
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