分會

第三十二分會：超分子組裝與軟物質材料

摘要

富勒烯是由 sp2 雜化碳原子構成的封閉籠狀碳簇分子，兼具結構各向同性與組成元素單一性，通過注入氮原子引入電子自旋得到的氮內嵌富勒烯材料（N@C60與N@C70）磁環(huán)境干凈、量子相干性良好，且相比于金剛石NV色心等體系，具有精準合成可調控、化學組裝可拓展與電子能級結構豐富等優(yōu)勢，被認為是一種極具前景的量子材料。然而，其自旋能級具有角度依賴性，在無定形分子系綜中難以被選擇性激發(fā)，對富勒烯基分子量子位實現(xiàn)有效尋址與有序拓展提出挑戰(zhàn)。 本工作通過Bingel與Prato加成反應制備了一系列具剛性螺環(huán)結構的氮內嵌富勒烯衍生物，化學修飾使其分子對稱性破缺，引入零場分裂效應，導致原本躍遷簡并的4S3/2電子自旋態(tài)發(fā)生歧化，同時，將其溶于液晶中，液晶分子在磁場作用下會自發(fā)排列形成一定的取向，而官能團剛性結構提供的穩(wěn)定構象，使衍生物分子可在MBBA液晶中有序排列并高度取向，序參量Ozz分別高達0.50與0.61，證明分子構象受控的剛性結構是獲得高取向度的決定性因素。由此得到三組能量不同且互不干擾的電子自旋躍遷，達到拓展能級可尋址的要求。進一步以其中一組躍遷作為量子信息載體，在其相鄰能級實施特定立體角的閉合回路脈沖，對任意量子態(tài)相位進行操控，首次以電子順磁共振方法在純分子電子自旋體系中展示了電子自旋旋度行為并實現(xiàn)了幾何相位操控。 后續(xù)，本研究團隊將利用該可尋址的多量子能級體系，探索Grover算法等具有實用價值的量子信息處理技術演示并進一步開發(fā)基于其自旋量子信息功能材料與器件。

關鍵詞

富勒烯;液晶;分子量子位;螺環(huán)化合物

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