近日,，新加坡國立大學蘇州研究院（以下簡稱“新國大蘇研院”）能源與環(huán)境納米科技創(chuàng)新平臺高級研究員呂炯及團隊成員在國際學術期刊《自然·化學》（Nature Chemistry）上發(fā)表研究成果,，在量子信息技術領域取得新突破,。研究團隊提出一種全新的設計理念，旨在制造具有高度糾纏自旋的新一代磁性納米石墨烯,，即“蝴蝶烯”。這種新設計可以加速量子材料和量子計算技術的發(fā)展,，有助于將信息處理和高密度存儲能力達到前所未有的水平,。

研究背景

磁性納米石墨烯是一種由石墨烯分子構成的微小結構，因其碳原子π軌道中特定電子的行為而具有獨特的磁性,。通過在納米尺度上精確設計這些碳原子的排列,，可以實現(xiàn)對這些獨特電子行為的控制。這使得納米石墨烯在制造超小型磁鐵和制造量子計算機所需的基本構件（稱為量子比特或量子位）方面具有巨大的潛力,。納米石墨烯主要表現(xiàn)出自旋沿相同方向（鐵磁性）或相反方向（反鐵磁性）排列的不同尋常的磁性秩序,，然而，要使這些特性共同作用來產(chǎn)生多個相關自旋卻很困難,。

▲新一代磁性納米石墨烯的設計理念

研究結果

為了克服這一挑戰(zhàn),，呂炯副教授及其研究團隊開發(fā)出一種用于制造下一代碳基量子材料的新的設計理念。這種量子材料是一種微小的蝴蝶形磁性納米石墨烯,，可承載高度相關的自旋,。通過對納米結構石墨烯中的π電子網(wǎng)絡進行原子精度設計，“蝴蝶烯”的四個未成對π電子的自旋主要分散在"蝴蝶翅膀"上并糾纏在一起,。

▲“蝴蝶“分子的合成與表征

應用前景

這項新技術有助于科研人員直接探測糾纏自旋,，從而了解納米石墨烯的磁性如何在原子尺度上發(fā)揮作用。這一突破不僅解決了現(xiàn)有難題,，而且為在最小尺度上精確控制磁性開辟了新的可能性,，從而推動量子信息技術的發(fā)展。

新國大蘇研院的科研工作聚焦前沿技術,，開展原創(chuàng)性,、應用性研究，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展強關聯(lián),，與蘇州工業(yè)園區(qū)及地方科技深融入,，已建立生物醫(yī)療與健康、能源與環(huán)境納米兩大科技創(chuàng)新平臺,。新國大蘇研院致力于推動科技成果轉(zhuǎn)化落地工作,，希望通過研究產(chǎn)生有影響力的高科技創(chuàng)新產(chǎn)品，賦能地方產(chǎn)業(yè)升級,。目前,，研究院承擔各級科研項目170余項，在國際著名期刊發(fā)表了1200余篇有影響力的科研論文,，其中4篇發(fā)表在Nature母刊,，36篇發(fā)表在Nature子刊。