将信息设备缩小到原子尺度引起了使用单个自旋作为数据存储基本单元的兴趣。这需要精确检测和控制自旋状态以及更好地理解自旋-自旋相互作用。
梨花女子大学 (QNS) IBS 量子纳米科学中心的科学家们有史以来第一次在扫描隧道显微镜中使用电子自旋共振对单个分子的自旋进行了成像。本月发表在《自然化学》上的这项成就利用合成化学的力量来控制分子的电子自旋。
扫描隧道显微镜 (STM) 能够以其他技术无法实现的水平逐个原子地观察精确的原子结构。本研究使用应用于 STM 尖端的电微波来驱动单个分子上的电子自旋共振 (ESR)，并使用该技术研究两个分子之间的磁相互作用。
“在原子尺度的量子控制研究中使用单个分子总是具有很高的兴趣和重要性。这项工作揭示了非定域自旋之间一些有趣的磁相互作用，这对于开发基于分子的自旋电子器件至关重要，”该论文的第一作者张学博士说。
Fe、Ti 原子和 FePc 分子共同沉积在银基板上生长的氧化镁薄膜表面。然后使用配备 ESR 功能的 STM 对它们进行成像和探测。这项工作将 ESR 实验平台从单个原子扩展到了更广泛的物质类别——磁性分子，这为对单个磁性分子进行量子控制带来了更多的可能性。
电子自旋共振在生物学和化学中被广泛用于确定未知分子的结构并测量这些分子中自旋的动态特性。ESR 是磁共振成像 (MRI) 的近亲，大多数人在医院就诊时都熟悉它。ESR 也是新兴的量子相干纳米科学研究领域的重要工具，在该领域中，自旋的量子特性被用于量子计算和量子信息科学。
“令人印象深刻的是，可以用纳米电子伏特精度的能量分辨率来研究分子间相互作用。当然，我们应该用这种奇妙的 ESR-STM 技术探索更多的未知数，”QNS 的 Yu Wang 说。
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