分会

第三十二分会：超分子组装与软物质材料

摘要

富勒烯是由 sp2 杂化碳原子构成的封闭笼状碳簇分子，兼具结构各向同性与组成元素单一性，通过注入氮原子引入电子自旋得到的氮内嵌富勒烯材料（N@C60与N@C70）磁环境干净、量子相干性良好，且相比于金刚石NV色心等体系，具有精准合成可调控、化学组装可拓展与电子能级结构丰富等优势，被认为是一种极具前景的量子材料。然而，其自旋能级具有角度依赖性，在无定形分子系综中难以被选择性激发，对富勒烯基分子量子位实现有效寻址与有序拓展提出挑战。 本工作通过Bingel与Prato加成反应制备了一系列具刚性螺环结构的氮内嵌富勒烯衍生物，化学修饰使其分子对称性破缺，引入零场分裂效应，导致原本跃迁简并的4S3/2电子自旋态发生歧化，同时，将其溶于液晶中，液晶分子在磁场作用下会自发排列形成一定的取向，而官能团刚性结构提供的稳定构象，使衍生物分子可在MBBA液晶中有序排列并高度取向，序参量Ozz分别高达0.50与0.61，证明分子构象受控的刚性结构是获得高取向度的决定性因素。由此得到三组能量不同且互不干扰的电子自旋跃迁，达到拓展能级可寻址的要求。进一步以其中一组跃迁作为量子信息载体，在其相邻能级实施特定立体角的闭合回路脉冲，对任意量子态相位进行操控，首次以电子顺磁共振方法在纯分子电子自旋体系中展示了电子自旋旋度行为并实现了几何相位操控。 后续，本研究团队将利用该可寻址的多量子能级体系，探索Grover算法等具有实用价值的量子信息处理技术演示并进一步开发基于其自旋量子信息功能材料与器件。

关键词

富勒烯;液晶;分子量子位;螺环化合物

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