磁性バタフライが量子技術を前進させる(A magnetic butterfly poised to advance quantum technologies)

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2024-04-15 シンガポール国立大学(NUS)

シンガポール国立大学(NUS)の研究者らは、独自の蝶の形をした磁性ナノグラフェンを開発し、これにより量子材料の新たなデザインコンセプトが生まれた。このナノグラフェンは高度に相関したスピンを持つもので、量子コンピューティング技術の発展を加速し、情報処理や高密度ストレージの能力を革新する可能性がある。この成果は、化学部門のAssociate Professor Lu Jiongと化学のProfessor Wu Jishanを中心に、国際的な協力者と共に達成された。ナノグラフェンは、特定の電子の振る舞いにより、優れた磁気特性を示すが、これを制御することができる。そのため、量子ビットやキュービットと呼ばれる基本的な構築ブロックを作るために非常に有望だ。この研究成果は、科学雑誌Nature Chemistryに2024年2月19日に掲載された。

<関連情報>

強い相関とトポロジカル・フラストレーションを共存させた高エンタングルポリラジカルナノグラフェン Highly entangled polyradical nanographene with coexisting strong correlation and topological frustration

Shaotang Song,Andrés Pinar Solé,Adam Matěj,Guangwu Li,Oleksandr Stetsovych,Diego Soler,Huimin Yang,Mykola Telychko,Jing Li,Manish Kumar,Qifan Chen,Shayan Edalatmanesh,Jiri Brabec,Libor Veis,Jishan Wu,Pavel Jelinek & Jiong Lu
Nature Chemistry  Published:19 February 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41557-024-01453-9

Abstract

Open-shell nanographenes exhibit unconventional π-magnetism arising from topological frustration or strong electron–electron interaction. However, conventional design approaches are typically limited to a single magnetic origin, which can restrict the number of correlated spins or the type of magnetic ordering in open-shell nanographenes. Here we present a design strategy that combines topological frustration and electron–electron interactions to fabricate a large fully fused ‘butterfly’-shaped tetraradical nanographene on Au(111). We employ bond-resolved scanning tunnelling microscopy and spin-excitation spectroscopy to resolve the molecular backbone and reveal the strongly correlated open-shell character, respectively. This nanographene contains four unpaired electrons with both ferromagnetic and anti-ferromagnetic interactions, harbouring a many-body singlet ground state and strong multi-spin entanglement, which is well described by many-body calculations. Furthermore, we study the magnetic properties and spin states in the nanographene using a nickelocene magnetic probe. The ability to imprint and characterize many-body strongly correlated spins in polyradical nanographenes paves the way for future advancements in quantum information technologies.

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