納米石墨烯的磁性通常來源于其特殊電子的排列，稱為π電子，或它們相互作用的強度。然而，很難使這些性質(zhì)一起工作以產(chǎn)生多個相關(guān)的自旋。納米石墨烯也主要表現(xiàn)出單一的磁順序，其中自旋要么在同一方向(鐵磁性)排列，要么在相反方向(反鐵磁性)排列。

　　研究人員開發(fā)了一種方法來克服這些挑戰(zhàn)。他們的蝴蝶形狀的納米石墨烯，具有鐵磁性和反鐵磁性，是由四個較小的三角形在中心組合成一個菱形而形成的。

　　為了制造“蝴蝶”納米石墨烯，新加坡國立大學(xué)研究人員最初通過傳統(tǒng)的溶液化學(xué)設(shè)計了一種特殊的分子前體。該前驅(qū)體隨后被用于在真空環(huán)境下進行的新型固相化學(xué)反應(yīng)——表面合成。這種方法使研究人員能夠在原子水平上精確地控制納米石墨烯的形狀和結(jié)構(gòu)。

　　“蝴蝶”納米石墨烯的一個有趣的方面是它的四個未配對π電子，其自旋主要在“翅膀”區(qū)域離域并糾纏在一起。研究人員使用一種超冷掃描探針顯微鏡，用鎳新世尖端作為原子尺度的自旋傳感器，測量了蝴蝶納米石墨烯的磁性。此外，這項新技術(shù)幫助科學(xué)家直接探測糾纏自旋，以了解納米石墨烯在原子尺度上的磁性是如何工作的。這一突破不僅解決了現(xiàn)有的挑戰(zhàn)，而且為在最小尺度上精確控制磁性開辟了新的可能性，導(dǎo)致量子材料研究取得了令人興奮的進展。

　　“從這項研究中獲得的見解為創(chuàng)造具有設(shè)計量子自旋架構(gòu)的新一代有機量子材料鋪平了道路。展望未來，我們的目標是在單分子水平上測量自旋動力學(xué)和相干時間，并對這些糾纏自旋進行相干操縱。這代表著朝著實現(xiàn)更強大的信息處理和存儲能力邁出了重要的一步。”

　　Lu副教授說:“磁性納米石墨烯是一種由熔融苯環(huán)組成的微小分子，由于其化學(xué)上的多功能性和較長的自旋相干時間，它作為下一代量子材料具有重要的前景，可以承載迷人的量子自旋。然而，在這樣的系統(tǒng)中創(chuàng)建多個高度糾纏的自旋對于構(gòu)建可擴展和復(fù)雜的量子網(wǎng)絡(luò)來說是一項艱巨而又必不可少的任務(wù)。”

　　這一重大成就是合成化學(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Pavel Jelinek教授和Libor Vei博士。

　　這項研究突破于2024年2月19日發(fā)表在科學(xué)雜志《自然化學(xué)》上。

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