L'équipe était dirigée par le professeur agrégé Lu Jiong du département de chimie et de l'Institut des matériaux intelligents fonctionnels de la NUS, ainsi que par le professeur Wu Jishan, également du département de chimie de la NUS, et par des collaborateurs internationaux. La recherche a été publiée dans Nature Chemistry .

Le nanographène magnétique, une minuscule structure constituée de molécules de graphène, présente des propriétés magnétiques remarquables en raison du comportement d'électrons spécifiques dans les orbitales π des atomes de carbone. En concevant précisément la disposition de ces atomes de carbone à l’échelle nanométrique, il est possible de contrôler le comportement de ces électrons uniques. Cela rend le nanographène très prometteur pour créer des aimants extrêmement petits et pour fabriquer les éléments fondamentaux nécessaires aux ordinateurs quantiques, appelés bits quantiques ou qubits.

La structure unique du graphène magnétique en forme de papillon développé par les chercheurs comporte quatre triangles arrondis ressemblant à des ailes de papillon, chacune de ces ailes contenant un électron π non apparié responsable des propriétés magnétiques observées. La structure a été obtenue grâce à une conception atomique précise du réseau d'électrons π dans le graphène nanostructuré.

Le professeur Assoc Lu a déclaré :« Le nanographène magnétique, une minuscule molécule composée d'anneaux de benzène fusionnés, est très prometteur en tant que matériau quantique de nouvelle génération pour héberger des spins quantiques fascinants en raison de sa polyvalence chimique et de son long temps de cohérence de spin. Les spins dans de tels systèmes constituent une tâche ardue mais essentielle pour construire des réseaux quantiques évolutifs et complexes. "

Cette réussite est le résultat d'une étroite collaboration entre des chimistes de synthèse, des scientifiques des matériaux et des physiciens, dont les principaux contributeurs, le professeur Pavel Jelinek et le Dr Libor Vei, de l'Académie tchèque des sciences de Prague.

Un nanographène magnétique de nouvelle génération avec des spins hautement intriqués

Les propriétés magnétiques du nanographène proviennent généralement de la disposition de ses électrons spéciaux, appelés électrons π, ou de la force de leurs interactions. Cependant, il est difficile de faire fonctionner ces propriétés ensemble pour créer plusieurs spins corrélés. Le nanographène présente également principalement un ordre magnétique singulier, où les spins s'alignent soit dans la même direction (ferromagnétique), soit dans des directions opposées (antiferromagnétique).

Les chercheurs ont développé une méthode pour surmonter ces défis. Leur nanographène en forme de papillon, doté de propriétés à la fois ferromagnétiques et antiferromagnétiques, est formé en combinant quatre triangles plus petits en un losange au centre. Le nanographène mesure environ 3 nanomètres.

Pour produire le nanographène « papillon », les chercheurs ont initialement conçu un précurseur de molécule spécial via la chimie conventionnelle en solution. Ce précurseur a ensuite été utilisé pour la synthèse ultérieure en surface, un nouveau type de réaction chimique en phase solide réalisée dans un environnement sous vide. Cette approche a permis aux chercheurs de contrôler avec précision la forme et la structure du nanographène au niveau atomique.

Un aspect intrigant du nanographène « papillon » réside dans ses quatre électrons π non appariés, avec des spins principalement délocalisés dans les régions des « ailes » et enchevêtrés ensemble. À l’aide d’un microscope à sonde à balayage ultra-froid doté d’une pointe en nickelocène comme capteur de spin à l’échelle atomique, les chercheurs ont mesuré le magnétisme des nanographènes papillon. De plus, cette nouvelle technique aide les scientifiques à diriger la sonde des spins intriqués pour comprendre comment fonctionne le magnétisme du nanographène à l'échelle atomique.

Cette avancée majeure permet non seulement de relever les défis existants, mais ouvre de nouvelles possibilités pour contrôler avec précision les propriétés magnétiques à la plus petite échelle, conduisant à des avancées passionnantes dans la recherche sur les matériaux quantiques.

"Les connaissances acquises grâce à cette étude ouvrent la voie à la création de matériaux quantiques organiques de nouvelle génération avec des architectures de spin quantiques de conception. Pour l'avenir, notre objectif est de mesurer la dynamique de spin et le temps de cohérence au niveau d'une seule molécule et de manipuler ces spins intriqués de manière cohérente. . Cela représente un progrès significatif vers l'obtention de capacités de traitement et de stockage d'informations plus puissantes", a déclaré le professeur associé Lu.