Mariposa Magnética: Científicos Revelan un Concepto de Diseño Innovador para Materiales Cuánticos de Última Generación
Los investigadores de NUS crearon un nanografeno magnético con forma de mariposa, avanzando en las tecnologías de la información cuántica con sus giros correlacionados únicos. Este descubrimiento ofrece potencial para qubits de próxima generación con tiempos de coherencia mejorados. Crédito: Universidad Nacional de Singapur
Investigadores de NUS han creado un nuevo nanografeno magnético con forma de mariposa que podría mejorar la computación cuántica al permitir un mejor control de los espines de los electrones y ampliar los tiempos de coherencia de los bits cuánticos.
Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han presentado un concepto de diseño innovador para materiales cuánticos basados en carbono de próxima generación. Crearon un pequeño nanografeno magnético con forma de mariposa que alberga espines altamente correlacionados, lo que muestra un potencial significativo para avances en las tecnologías de la información cuántica.
El nanografeno magnético, una pequeña estructura hecha de moléculas de grafeno, exhibe notables propiedades magnéticas debido al comportamiento de electrones específicos en los orbitales π de los átomos de carbono. A diferencia de los materiales magnéticos convencionales producidos con metales pesados, donde intervienen diferentes tipos de electrones de los orbitales d o f, los electrones π del carbono desempeñan un papel único. Al diseñar con precisión la disposición de estos átomos de carbono a nanoescala, se puede lograr el control sobre el comportamiento de estos electrones únicos.
Esto hace que el nanografeno sea muy prometedor para crear imanes extremadamente pequeños y para fabricar los componentes básicos, conocidos como bits cuánticos o qubits, esenciales para el desarrollo de ordenadores cuánticos. Los qubits de alta calidad necesitan mantener su estado cuántico durante un período prolongado conocido como tiempo de coherencia mientras funcionan rápidamente. Se sabe que los materiales a base de carbono extienden los tiempos de coherencia de los qubits de espín, debido a sus dos propiedades únicas: órbita de espín débil y acoplamientos hiperfinos que previenen eficazmente la decoherencia de los espines de los electrones.
Figura que ilustra una impresión visual de la “mariposa” magnética que alberga cuatro espines entrelazados en “alas” (izquierda) y su correspondiente imagen a escala atómica obtenida mediante microscopía de sonda de barrido (derecha). Crédito: Universidad Nacional de Singapur
El equipo de investigadores dirigido por el profesor asociado LU Jiong del Departamento de Química y el Instituto de Materiales Inteligentes Funcionales de NUS, junto con el profesor Jishan WU también del Departamento de Química de NUS, y colaboradores internacionales, han desarrollado un método para diseñar y crear una gran Nanografeno magnético en forma de mariposa completamente fusionado. Esta estructura única tiene cuatro triángulos redondeados que se asemejan a alas de mariposa, y cada una de estas alas contiene un electrón π desapareado responsable de las propiedades magnéticas observadas. Este logro se atribuye al diseño con precisión atómica de la red de electrones π en el grafeno nanoestructurado.
El profesor asociado Lu dijo: “El nanografeno magnético, una pequeña molécula compuesta de anillos de benceno fusionados, es muy prometedor como material cuántico de próxima generación para albergar fascinantes espines cuánticos debido a su versatilidad química y su largo tiempo de coherencia de espín. Sin embargo, crear múltiples espines altamente entrelazados en tales sistemas es una tarea desalentadora pero esencial para construir redes cuánticas complejas y escalables”.
Este importante logro surge de una estrecha colaboración entre químicos sintéticos, científicos de materiales y físicos, incluidos los contribuyentes clave, el profesor Pavel Jelinek y el Dr. Libor Vei, ambos de la Academia Checa de Ciencias en Praga.
El avance de la investigación se publicó recientemente en la revista científica Nature Chemistry.
Las propiedades magnéticas del nanografeno generalmente se derivan de la disposición de sus electrones especiales, conocidos como electrones π, o de la fuerza de sus interacciones. Sin embargo, es difícil hacer que estas propiedades funcionen juntas para crear múltiples giros correlacionados. Además, el nanografeno exhibe predominantemente un orden magnético singular, donde los espines se alinean en la misma dirección (ferromagnético) o en direcciones opuestas (antiferromagnético).
Los investigadores de NUS Assoc Prof Lu Jiong (izquierda), Prof Wu Jishan (derecha) y Dr. Song Shaotang (centro) formaron parte del equipo de investigación multidisciplinario que desarrolló el nanografeno magnético en forma de mariposa que podría usarse para tecnologías cuánticas. Crédito: Universidad Nacional de Singapur
Los investigadores desarrollaron un nuevo tipo de nanografeno magnético para superar estos desafíos. Crearon un nanografeno, con propiedades ferromagnéticas y antiferromagnéticas, que tiene forma de mariposa, hecho combinando cuatro triángulos más pequeños en un rombo en el centro, que mide aproximadamente 3 nanómetros de tamaño.
