瑞士联邦材料科学与技术实验室 当石墨烯纳米三角形连接在一起时，它们的磁矩形成一种“量子纠缠”状态
信用:Empa 石墨烯是由只有一个原子厚度的碳原子组成的二维蜂窝结构，具有许多突出的性质
这些包括巨大的机械阻力和非凡的电子和光学性能
去年，一个由Empa研究员罗曼·法塞尔领导的团队证明了它甚至可以是磁性的:他们成功地合成了一种蝴蝶结形状的分子，这种分子具有特殊的磁性
现在，研究人员报道了另一项突破
2007年的理论工作预测，如果石墨烯被切割成微小的三角形，它可以表现出磁性
在过去的三年里，包括Empa团队在内的几个团队通过在超高真空下的化学合成，成功地生产出了所谓的三角烯，仅由几十个碳原子组成
用扫描隧道显微镜研究磁性 然而，他们的磁性至今仍未被发现
首先，不成对自旋的存在使得三角形首先具有磁性，同时也使得它们非常活泼
其次，即使有稳定的分子，也极难证明如此微小的一片物质的磁性
但是现在，一个由Empa、德累斯顿技术大学、阿利坎特大学和葡萄牙国际伊比利亚纳米技术实验室的科学家组成的国际小组已经成功地做到了这一点
这一突破是由一种在原子水平上研究物质的强大工具——扫描隧道显微镜——实现的
扫描隧道显微镜使得通过沉积在导电基底上的单个原子或纳米结构传导电流成为可能
然而，到目前为止，单个三角形只提供了它们磁性的间接证据
量子纠缠的双三角形 然而，现在研究人员已经研究了两个三角烯由一个碳碳键连接的分子(所谓的三角烯二聚体)
这些结构为三角形的磁性提供了直接证据
这是因为理论表明:如果两个三角形连接在一起，不仅它们的磁性被保留；它们的磁矩也应该形成“量子纠缠”态
这意味着它们不成对电子的自旋——微小的磁矩——应该指向相反的方向
这种状态被称为反铁磁(或自旋-0)状态
此外，该理论还预测，应该有可能将三角烯二聚体激发到它们的自旋不再完全对齐的状态(自旋-1状态)
引起这种激发所需的能量，即所谓的交换能，反映了二聚体中两个三角形分子的自旋以反铁磁态结合的强度
事实上，在他们的实验中，研究人员发现，通过注入能量为14兆电子伏的电子，三角烯二聚体可以被激发到自旋1状态
自旋电子学用有机磁性材料 科学家们还合成了第二个三角烯二聚体，其中三角烯单元不是通过碳碳单键直接连接的，而是通过一个“间隔物”，一个六边形碳环连接的
研究人员预计，三角形单元之间的这个更大的连接元件将显著降低交换能量
这正是实验显示的:交换能量现在只有2兆电子伏——比直接相连的三角形少85%
这些结果是相关的，不仅因为它们提供了期待已久的三角形磁性的直接证据，还因为它们展示了这些非凡的纳米系统是如何结合起来形成具有量子纠缠态的更大结构的
在未来，这种新的(纯有机的)磁性材料不仅可以用于自旋信息处理等技术，这些技术有望以更低的功耗实现更快的计算机，还可以用于量子技术；但是它们也可以为研究奇异的物理现象提供肥沃的土壤
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