室温下量子材料实现“自旋”调控

发布时间：2023-08-22 17:26:57 所属栏目：外闻来源：

导读：研究人员找到了一种控制有机半导体中光和量子“自旋”相互作用的方法，即使在室温下也能发挥作用。

自旋是电子固有角动量的术语，称为向上或向下。使用电子的上/下自旋状态代替传统计算机逻辑中的0和1可

研究人员找到了一种控制有机半导体中光和量子“自旋”相互作用的方法，即使在室温下也能发挥作用。

自旋是电子固有角动量的术语，称为向上或向下。使用电子的上/下自旋状态代替传统计算机逻辑中的0和1可以改变计算机处理信息的方式。基于类似量子对撞机原理的生物传感器可以极大地提高我们不断测量和更加深入地研究周围令人难以置信的事界的能力。

由剑桥大学领导的一个国际研究小组找到了一种使用光粒子作为“开关”的方法，可以连接和控制电子的非线性自旋，从而使它们看起来像实验室中的微型磁铁一样自由运动，可有效地用于量子应用。

这种对量子特性的控制水平通常只能在超低温下才能实现。然而，剑桥领导的团队已经能够在室温下控制这些材料的量子行为，这通过可靠地将自旋耦合到光子，开辟了潜在量子应用的新世界。研究结果发表在《自然》杂志上。

几乎所有类型的量子技术—基于亚原子水平上粒子的奇怪行为——都涉及自旋。当电子移动时，它们通常会形成稳定的电子对，一个电子向上自旋，一个电子向下自旋。然而，可以制造带有不成对电子的分子，称为自由基。大多数自由基都非常活跃，但通过仔细设计分子，它们可以变得化学稳定。

斯旺西大学Emrys Evans博士是这项研究的共同负责人，他说：“使用不同领域开发的技巧很重要。该团队在物理和化学的多个领域拥有重要的专业知识，例如电子的自旋特性和如何使有机半导体在LED中工作。这对于了解如何在固态下制备和研究这些分子至关重要，使我们能够在室温下演示量子效应。”

Gorgon说：“我们现在已经迈出了下一大步，将有机半导体中自由基的光学和磁性联系起来。这些新材料对全新的应用前景广阔，因为我们已经能够消除对超低温的需求。”

研究人员首先确定电子自旋的行为方式，从而设计了一系列新材料。使用这种自下而上的方法，他们能够通过使用构建模块方法并改变分子不同模块之间的“桥梁”来控制最终材料的特性。这些桥梁是由蒽（一种碳氢化合物）制成的。

对于他们的“混合搭配”分子，研究人员将明亮的发光自由基附加到蒽分子上。光子被自由基吸收后，激发会扩散到邻近的蒽上，导致三个电子开始以相同的方式旋转。当另一个自由基连接到蒽分子的另一侧时，它的电子也会耦合，使四个电子沿同一方向旋转。

研究人员表示，在我们设计的这些材料中，吸收光子就像打开开关一样。事实上，我们可以通过在室温下可靠地耦合自旋来开始控制这些量子物体，这可以为量子技术领域带来更大的灵活性。这里绝对会有一个巨大的潜力，可以快速朝世界上许多国家的新方向发展。

这一进展是通过大规模的国际合作实现的——材料在中国制造，实验在剑桥、牛津和德国完成，理论工作在比利时和西班牙完成。

（编辑：汽车网）

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