自旋量子磁成像传感器承诺

异常敏感的磁传感器可以使我们跟电子的量子力学相互作用比以往任何时候都更紧密地合作。威尔逊何和Ruqian吴加州大学欧文分校,他们的小组研究了自旋自旋相互作用使用二茂镍分子安装在他们的扫描隧道显微镜(STM)提示。科学家们非常精确的控制这个探针的位置,允许前所未有的控制测量磁相互作用的告诉必威体育 红利账户化学世界。

这是很重要的,因为电子像小磁铁,被称为自旋量子力学所描述的属性,这在每个电子只能以两种状态之一。这是用于数据存储在硬盘驱动器和电子自旋共振光谱的化学家。精确地研究磁与电子自旋相互作用在单个原子以不同的方式可能是强大的。例如,这种能力可以帮助从原子读出信息用于量子比特为量子计算机。或使用单个原子存储信息可能提供极高密度计算机内存。

这样的精确测量是有可能的,因为电子的自旋相互作用的量子机械当他们接近。化学家们可能知道的泡利不相容原理的影响,但所涉及的排斥也被称为交流互动,欧文的科学家利用。

非常有价值的镍

吴Ho和他们的同事测量二茂镍分子之间的能量交换STM小费,另外二茂镍分子坐在银表面。电子自旋的两个分子可以面向方向相同或相反的方向,吴解释道。这些自旋取向之间的能量差是交换能量,”他说。

直到现在,科学家们认为这种测量不可能因为电子在STM提示或银表面会干涉。但二茂镍分子结构设置完全可以避免这个问题。的镍原子二茂镍是夹在两个环戊二烯基碳环5人,因此孤立从金属表面,”何说。

不仅二茂镍的三明治结构防止改变电子的自旋,这也意味着它将弱的银表面。让欧文团队更容易接单二茂镍分子到他们的STM小费。他们所要做的就是位置提示————不到一个纳米银线chemically-etched个体二茂镍附着在表面。

与二茂镍安装,团队然后使用非弹性电子隧穿谱,研究了自旋相互作用技术的团队开创。隧道电子显微镜反弹和二茂镍翻转自旋的电子,有研究人员测量能量消耗。

能量消耗是非常敏感和其他附近的磁自旋自旋相互作用的实体,是由磁单分子spin-tip感觉到,“何解释道。方法可以揭示的自旋状态单一磁性分子和两个磁分子的耦合系统,他补充道。

控制狂

克里斯·鲁茨资深科学家IBM阿尔马登,我们指出,现有的磁property-measuring方法使用氮原子缺陷的钻石,但他们的决议是有限的。其他STM-based方法已经很难复制。“我希望functionalising尖先端磁分子将成为一个高效和广泛采用的策略,立即开始,为探索磁性纳米结构,激进分子和有机spin-labelled分子,”他补充道。

安德烈亚斯•海因里希量子纳米科学中心在韩国,印象深刻的是欧文团队可以清楚地看到不同的自旋自旋相互作用时只有少数picometres技巧是感动的。不过,他也警告说,“一个是一个极端的控制狂能够做到这一点的。这是因为Ho)和他的同事利用很低温度- 0.6 k和高磁场的9 t,和他们的仪器也有非常高的振动稳定性。

Ho表示,球队将会寻找其他磁性分子传感器、磁互动如何随时间变化。这些实验表明,现在可以测量定量交换能量和自旋量子状态之间的转换,“吴补充道。这些数据的可用性挑战理论计算的准确性需要实现量子位,量子传感器和其他量子信息过程。