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分子磁体中自旋晶格弛豫的各向异性

归档日期:09-14       文本归类:磁性弛豫      文章编辑:爱尚语录

  IFJ PAN的科学家与奈良女子大学(日本)和Jagiellonian大学(波兰)的研究人员合作,朝着构建功能量子计算机迈出了重要的一步。他们使用包含ter离子的材料和专用的实验工具,对各个分子磁体中的动态磁性能进行了详细的分析,涉及它们在磁场中的取向。发现这些特性的强各向异性对分子电子元件的构造至关重要。

  现代科学面临的最大挑战之一是制造一款价格合理且高效的量子计算机,它将彻底改变IT行业。如今,寻求各种解决方案以导致这种设备的构造。这些包括谐振腔中的超导系统,量子点和光子。还对使用单分子制成的分子磁体进行了深入研究尺寸为1 nm(SMM-单分子磁体)。但是,为此,科学家不仅需要找到具有正确特性的材料,而且还需要彻底了解磁性分子的行为。该领域的主要研究方向之一是磁特性的动力学。这些所谓的磁弛豫告诉我们给定物质的磁性能如何随时间变化。在量子世界中,这种动力学是一个丰富而复杂的现象,这就是为什么研究人员仔细检查其各个方面的原因。

  到目前为止,广泛的研究表明使用分子磁体来创建存储单元或自旋晶体管的可能性。科学家还能够将单个分子放置在合适的基板上,并使用它们来构建简单的电子系统。测量结果证实,磁弛豫在分子系统的运行中起着至关重要的作用。另一方面,已知磁性的动力学取决于静态磁性的各向异性。但是,在大多数以前的研究中,要么尚未测试被检查分子的取向对其动态磁性能的影响,要么仅在有限的程度上进行了测试。

  因此,由波兰科学院核物理研究所的一组科学家由恩格博士领导。皮特科涅奇尼(Piotr Konieczny)决定研究各个分子磁体的动态磁性能如何根据分子的方向而变化。关于磁弛豫的大多数研究工作都是针对粉末形式的材料,即混沌取向的微晶或多晶,这使得无法分析这些性质如何随分子取向变化。因此,波兰小组决定研究一种单晶,一种单晶,其中所有分子的取向相同。这个起点使科学家能够研究单个分子中发生的作用。去做这个,

  “我们正在寻找一种能够满足预期要求的材料,特别是具有强烈的磁各向异性并且可以合成为高质量晶体的材料。与此同时,我们开发了实验室设备,可以使用以下方法测试磁动力学的角度依赖性交流磁化率。” Eng博士解释说。Konieczny。“这种特殊的晶体是在日本奈良女子大学的高ak隆教授的实验室中发现的。与此同时,我们测试了打算用于测量系统构造的各种聚合物。我们使用了塑料材料,揭示了最弱的磁性信号和良好的低温耐受性(2.0 K)来构建该设备的完整功能原型,这些测量结果证实了我们的假设:磁弛豫取决于分子的方向,因此表现出各向异性。我们对这种关系如此牢固感到惊讶。但是,理论分析为我们提供了观察到的效果的定量解释。”

  使用市售的SQUID磁力计进行研究。要分析0.1-1000 Hz范围内的磁动力学,必须使用交流磁化率方法。该技术通常用于研究磁弛豫。创新之处在于使用了开发的设置,该设置能够分析动态磁特性(即磁弛豫)的各向异性。该专用系统内置于IFJ PAN中,用于所述调查。它允许晶体在非常低的温度(2 K),高磁场(7 T)和宽泛的电磁场频率范围(0.1 Hz至1500 Hz)中在磁力计内旋转。该设备的设计和制造旨在消除不需要的背景信号。因此,有可能研究小晶体的磁动力学。

  由Kajiwara教授的小组合成并在结构上测试了被检查的材料-ion离子分子磁体,而大多数理论和实验分析都是在IFJ PAN上进行的。研究证实,磁性分子表现出动态磁性的各向异性。在看起来像船的螺旋桨的被研究分子中,旋转80度时的磁弛豫速率是其四倍。

  所描述的研究工作使科学家能够了解单个分子中的磁弛豫如何根据其取向而改变。该知识将用于设计自旋电子学应用程序和量子计算机中使用的分子系统。现在已经知道,分子的取向对这种系统的操作有重大影响。科学家还设法建立了一种实验装置,可以对材料的磁动力学进行更详细的研究。

  恩格博士说:“我们的工作有助于我们更好地理解单个磁性分子的行为。” Konieczny。“现在,我们知道分子的取向在分子电子学中(例如,分子晶体管)起着重要作用。分子的随机取向将引起电子或自旋电子系统的混沌操作。但是,相同的粒子排列将确保他们的顺利互动和更好的控制。”

  科学家从IFJ PAN中获得的结果对于设计和构建具有磁性分子的新一代电子系统的工程师尤为重要。Eng博士总结说:“我们的进一步研究将继续集中在分子磁体的动态磁性能上。” Konieczny。“我们相信,对这些材料中发生的现象的深刻了解将使我们更接近于创建功能齐全的分子量子计算机。”

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