室溫下量子材料實現“自旋”控制

科技日報北京8月16日電 （記者張佳欣）據《自然》雜志16日報道，英國劍橋大學領導的一個國際研究團隊找到了一種控制有機半導體中光和量子“自旋”相互作用的方法，即使在室溫下也能發揮作用，為潛在的量子應用開辟了新前景。

幾乎所有量子技術都涉及自旋。電子運動時通常會形成穩定的電子對，一個電子自旋向上，一個電子自旋向下。然而，有可能形成帶有未配對電子的分子——自由基。大多數自由基都是非常活潑的，但如果仔細設計分子，它們就可在化學上穩定下來。

此前，研究人員一直在研究有機半導體中的自由基，以讓其產生光。有機半導體是目前用于制造先進照明和商業顯示器的材料，它們可能是硅的一種更可持續的替代品。研究人員此次將有機半導體中自由基的光學性質和磁性聯系在一起。

研究人員首先確定電子自旋的行為方式，從而設計了一系列新材料。通過使用構建塊方法和改變分子不同模塊之間的“橋梁”，他們能控制最終材料的性質。這些“橋梁”是由蒽（一種碳氫化合物）制成的。

對于“混搭”分子，研究人員將一個明亮的發光自由基連接到一個蒽分子上。在光子被自由基吸收后，激發擴散到鄰近的蒽上，導致3個電子開始以同樣的方式旋轉。當另一個自由基團連接到蒽分子的另一側時，它的電子也會耦合，使4個電子朝同一方向旋轉。

在這些材料中，吸收一個光子就像打開了一個開關。研究人員可通過在室溫下可靠地耦合自旋來控制這些量子物體，這為量子技術領域帶來了更大的靈活性，并找到更多應用。