新加坡国立大学
图显示了有机量子围栏的表面合成以及这些围栏内的量子共振态
(a)示意图显示了从前体(左)到12单元大环分子(右)的合成途径，其中提出了中间体(前体1′)，嵌入了五边形环(中间体)
一个12单元大环的扫描隧道显微镜图像
(c)对应的12-OQC的键分辨扫描隧道显微镜(BR-STM)图像，叠加有量子共振态的恒流dI/dV图
(d)和(e)对称卡西尼椭圆形OQC的BR-STM图像，分别叠加有(d)人工分子成键和(e)反成键状态的恒流dI/dV图
信用:自然传播 新加坡国立大学的科学家们设计了一种表面合成协议来构建原子级精确和稳定的有机量子共振态(OQCs)，从而引发一系列新的量子共振态
创建具有高数字保真度和期望量子态的原子级精确量子体系结构代表了量子技术新时代的一个重要目标
这些原子级精确的量子纳米结构所提供的内在保真度也使它们成为探索奇异量子科学(例如，量子限制、量子海市蜃楼和量子全息效应)以及量子技术潜在应用(例如，量子信息处理)的绝佳候选者
这些量子材料的未来技术实现必须满足以下关键标准:高数字保真度、人工量子体系结构的化学鲁棒性以及量子纳米结构制造的可扩展性
不幸的是，当前的方法和发展，例如以逐原子或逐分子的方式进行原子操作或通过非共价分子间相互作用进行分子组装，都不能满足所有这些关键要求
新加坡国立大学化学系卢炯教授领导的研究团队设计了一种表面合成方案(图a)，用于构建原子级精确和共价连接的有机量子围栏(OQCs)，其尺寸与表面电子的波长相当(图b)，以满足量子材料的需求
量子围栏是二维纳米级结构，通过将单个原子或分子定位在特定排列中形成封闭结构而形成
该协议允许在具有特定设计的OQCs中精确设计量子态，这可以用来控制表面电子的性质
由新加坡国立大学化学系·迟教授特别设计的分子前体确保了表面合成产生具有所需几何形状和大尺寸的各种氧量子点
研究团队还使用最先进的扫描隧道显微镜(STM)直接观察了一系列新的量子共振态，这些新的量子共振态是由OQCs纳米腔内散射电子波的集体干涉产生的，耶鲁大学(Yale-NUS College)的Aleksandr Rodin教授进行的理论研究证实了这一点
该团队展示了在开放式量子阱中设计量子共振态的潜力，这是通过使用扫描隧道显微镜尖端操纵有机结构来实现的
这种技术为在化学稳定性好的氧量子阱中设计所需的量子共振态以用于特定的量子应用开辟了机会
卢教授说:“我们的工作为设计量子态及其在新型量子体系结构中的电子耦合的探索开辟了一条新的途径，即制造具有明确几何结构的坚固大尺寸OQCs
在这项工作中合成的原子级精确和共价连接的OQCs在技术上很有吸引力，因为它们提供了片上量子器件运行所需的高化学稳定性和数字保真度
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