单分子和分子结构的ESR-STM

酞菁铁(FePc)分子、铁(Fe)原子和钛(Ti)原子共沉积在两层氧化镁(MgO)表面的银基板上。分离良好的FePc分子和自然形成的FePc二聚体是丰富的。
资料来源:基础科学研究所

工程表面分子的量子态。

将信息设备缩小到原子的规模带来了使用单个自旋作为数据存储的基本单位的兴趣。这就需要精确地检测和控制自旋态,并更好地理解自旋-自旋相互作用。

梨花女子大学IBS量子纳米科学中心(QNS)的科学家们首次在扫描隧道显微镜上使用电子自旋共振成像了单个分子的自旋。这一成果发表在本月的《自然化学》杂志上,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)能够一个原子一个原子地观察到精确的原子结构,这是其他技术无法达到的水平。本研究利用电微波驱动单分子上的电子自旋共振(ESR),并利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分子一直是非常有趣和重要的。这项工作揭示了非定域自旋之间一些有趣的磁相互作用,这对开发基于分子的自旋电子器件至关重要,”论文第一作者张雪博士说。

Fe、Ti原子和FePc分子共沉积在银基底上生长的氧化镁薄膜的表面。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更广泛的物质类别——磁性分子,这为在单个磁性分子上执行量子控制带来了更多的可能性。

电子自旋共振被广泛应用于生物和化学领域,用于确定未知分子的结构和测量分子自旋的动态特性。ESR是核磁共振成像(MRI)的近亲,大多数人在医院就诊时都熟悉它。ESR也是量子相干纳米科学新兴研究领域的重要工具,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,分子间的相互作用可以在纳米电子伏特精度的能量分辨率下进行研究。当然,我们应该用这种奇妙的ESR-STM技术探索更多的未知。

日报:化学性质
DOI:10.1038 / s41557 - 021 - 00827 - 7
研究方法:实验研究
研究主题:不适用
文章题目:单分子的电子自旋共振和配体的磁相互作用
文章发表日期:2021年11月11日

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威廉Suh
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