波兰科学院 角分辨交流磁化率有助于理解单分子磁体的磁动力学
信用:IFJ潘 来自IFJ的科学家与来自奈良女子大学(日本)和亚吉洛尼安大学(波兰)的研究人员合作，朝着制造功能性量子计算机又迈出了重要的一步
使用含铽离子的材料和专用的实验工具，他们对单个分子磁体在磁场中的取向进行了详细的动态磁性分析
发现这些性质的强各向异性对于构建分子电子元件至关重要
现代科学面临的最大挑战之一是建造一台负担得起的高效量子计算机，这将彻底改变信息技术产业
今天，人们寻求各种解决方案来制造这种装置
这些包括超导系统、量子点和共振腔中的光子
还对使用由1纳米大小的单分子制成的分子磁体(SMM——单分子磁体)进行了深入研究
然而，为了这个目的，科学家不仅需要找到具有正确特性的材料，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集中在磁性的动力学上
这些所谓的磁弛豫告诉我们给定物质的磁性是如何随时间变化的
在量子世界中，这样的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它的各个方面
迄今为止，广泛的研究已经揭示了使用分子磁体来制造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底上，并利用它们构建简单的电子系统
测量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
然而，在大多数以前的研究中，要么没有测试被检测分子的取向对其动态磁性的影响，要么只在有限的范围内进行了测试
因此，波兰科学院核物理研究所的一组科学家
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皮奥特·科涅茨尼决定研究单个分子磁体的动态磁性如何根据分子的方向而变化
大多数关于磁弛豫的研究工作都是针对粉末形式的材料
e
无序取向的微晶或多晶，这使得无法分析这些性质如何随分子取向而变化
因此，波兰小组决定研究一种单晶——一种所有分子都以相同方式定向的单晶
这个起点使科学家能够观察单个分子中发生的效应
要做到这一点，还必须建立一个适当的实验系统，根据被测物质的取向来研究磁弛豫
“我们正在寻找一种满足预期要求的材料，特别是具有强磁各向异性的材料，并且可以合成为高质量的晶体
与此同时，我们开发了实验室设备，利用交流磁化率来测试磁动力学的角度依赖性
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Konieczny
“特定的晶体是在日本的教授的实验室里发现的
奈良女子大学的高志·卡吉瓦拉
与此同时，我们测试了打算应用于测量系统构建的各种聚合物
我们使用塑料材料来显示最弱的磁信号，并且能够很好地耐受低温(2
0 K)来构建设备的全功能原型
测量结果证实了我们的假设:磁弛豫取决于分子的取向，因此表现出各向异性
我们很惊讶这种关系如此牢固
然而，理论分析为我们提供了对观察到的效应的定量解释
" 这些研究是利用商用超导量子干涉仪磁力仪进行的
为了分析0
1-1000赫兹，必须使用交流磁化率法
这种技术通常用于研究磁弛豫
创新之处在于使用了能够分析动态磁性各向异性(即
e
磁弛豫)
该专用系统是在IFJ潘为上述调查而建造的
它允许晶体在非常低的温度(2 K)、高磁场(7 T)和宽频率范围的电磁场(从0
1赫兹至1500赫兹)
该设备的设计和构造是为了消除不想要的背景信号
因此，研究小晶体的磁动力学是可能的
经检验的材料——铽离子分子磁体——由教授合成并进行结构测试
卡吉瓦拉的团队，而大多数理论和实验分析是在IFJ潘进行的
研究证实，磁性分子表现出动态磁性的各向异性
在被研究的分子中，它看起来像一艘船的螺旋桨，当旋转80度时，磁弛豫速率是原来的四倍
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它们的方向而变化
这些知识将用于设计自旋电子学应用和量子计算机中使用的分子系统
现在已知分子的取向对这种系统的运行有显著的影响
科学家们还设法建立了一个实验装置，可以对材料的磁动力学进行更详细的研究
“我们的工作帮助我们更好地理解单个磁性分子的行为，”博士说
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Konieczny
“现在我们知道分子的取向在分子电子学中起着重要的作用，例如，分子晶体管
分子的随机取向会导致电子或自旋电子系统的混沌运行
然而，粒子的相同排列将确保它们的平滑相互作用和更好的控制
" IFJ聚丙烯腈公司的科学家们所获得的结果对工程师们设计和建造新一代磁性分子电子系统尤为重要
“我们的进一步研究将继续集中在分子磁体的动态磁性上，”Dr
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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造一台功能齐全的分子量子计算机
"
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