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　　光明日報北京3月11日電 北京大學化學與(yu) 分子工程學院郭雪峰教授課題組與(yu) 相關(guan) 團隊合作，以石墨烯基單分子器件平台為(wei) 載體(ti) ，對給體(ti) -受體(ti) 結構的雙自由基分子的開殼特性進行了精準實時檢測與(yu) 調控，並揭示了溫度、電場及磁場三種外界因素如何影響雙自由基自旋態的轉換機製，在未來量子通信和計算等方麵具有巨大的應用前景。相關(guan) 研究成果日前以《單分子自由基中量子自旋轉換的調控》為(wei) 題發表於(yu) 《自然·納米技術》。

　　當今，信息技術發展迅猛，電子自旋的內(nei) 在屬性在邏輯運算、數據存儲(chu) 與(yu) 信息讀取等方麵的作用愈發凸顯。隨著實驗技術的持續進步，電子自旋的研究正由宏觀層麵逐步深入到納米尺度甚至單自旋水平，為(wei) 自旋相關(guan) 應用開辟了寬廣道路。但在探測與(yu) 調控單自旋領域，世界各國的科學家們(men) 仍麵臨(lin) 重大挑戰。

　　本次研究中，團隊基於(yu) 分子工程學原理，利用共價(jia) 鍵將給體(ti) -受體(ti) 結構的雙自由基分子錨定在石墨烯納米電極上，成功構築了單分子自由基器件，並實現了在低溫環境下穩定的單電子傳(chuan) 輸性能。

　　隨後，團隊根據自由基分子在不同溫度下的磁學測試，擬合了單線態-三線態能隙，並通過實時電流測試觀察到三種不同的電導狀態及其相互轉換關(guan) 係，進而對這些狀態進行了詳細分類與(yu) 解析。活化能擬合結果表明，溫度的升高將有利於(yu) 促進從(cong) 閉殼結構向開殼結構的轉換，特別是向開殼三線態的轉換。

　　在電場效應研究中，團隊通過施加偏壓，成功利用電場降低單線態-三線態轉換的能壘，促進閉殼單線態向開殼三線態轉換。而單分子自由基器件在磁場調控方麵的作用同樣顯著。在低溫情況下，單分子自由基器件表現出明顯的正磁阻效應，且磁場的增強促進了閉殼結構向開殼三線態轉換，但同時抑製了向開殼單線態的轉換。

　　郭雪峰表示，該研究證明了單分子電學方法在直接檢測與(yu) 調控自由基分子自旋態的重要作用。如能進一步實現常溫環境穩定量子自旋態，這項研究成果將為(wei) 開發基於(yu) 分子自旋的量子信息係統提供重要的芯片技術支持，推動電子信息技術向更深層次發展。（記者 晉浩天）