新加坡國(guó)立大學(xué) (NUS) 的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的設(shè)計(jì)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(dú)特的蝴蝶形狀，具有高度相關(guān)的自旋。這種新設(shè)計(jì)有可能加速量子材料的進(jìn)步，這對(duì)于開(kāi)發(fā)復(fù)雜的量子計(jì)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(chǔ)能力。
該團(tuán)隊(duì)由新加坡國(guó)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(guó)立大學(xué)化學(xué)系吳繼山教授以及國(guó)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(guò)在納米尺度上精確設(shè)計(jì)這些碳原子的排列，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些獨(dú)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(jì)算機(jī)所需的基本構(gòu)建塊(稱(chēng)為量子位或量子位)。
研究人員開(kāi)發(fā)的蝴蝶形磁性石墨烯的獨(dú)特結(jié)構(gòu)有四個(gè)類(lèi)似于蝴蝶翅膀的圓角三角形，每個(gè)翅膀都持有一個(gè)不成對(duì)的π電子，負(fù)責(zé)觀察到的磁性。該結(jié)構(gòu)是通過(guò)納米結(jié)構(gòu)石墨烯中 π 電子網(wǎng)絡(luò)的原子級(jí)精確設(shè)計(jì)實(shí)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(zhǎng)的自旋相干時(shí)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(huì)產(chǎn)生多個(gè)高度糾纏的材料。”對(duì)于構(gòu)建可擴(kuò)展且復(fù)雜的量子網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，在此類(lèi)系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)是一項(xiàng)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(lái)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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