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Robust coherent spin centers from stable azafullerene radicals entrapped in cycloparaphenylene rings
Nanoscale ( IF 5.8 ) Pub Date : 2021-11-15 , DOI: 10.1039/d1nr06393f Yuri Tanuma 1, 2 , Anastasios Stergiou 3 , Andreja Bužan Bobnar 4 , Mattia Gaboardi 5 , Jeremy Rio 1 , Jannis Volkmann 6, 7 , Hermann A Wegner 6, 7 , Nikos Tagmatarchis 3 , Christopher P Ewels 1 , Denis Arčon 4, 8
Nanoscale ( IF 5.8 ) Pub Date : 2021-11-15 , DOI: 10.1039/d1nr06393f Yuri Tanuma 1, 2 , Anastasios Stergiou 3 , Andreja Bužan Bobnar 4 , Mattia Gaboardi 5 , Jeremy Rio 1 , Jannis Volkmann 6, 7 , Hermann A Wegner 6, 7 , Nikos Tagmatarchis 3 , Christopher P Ewels 1 , Denis Arčon 4, 8
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Molecular entities with robust spin-1/2 are natural two-level quantum systems for realizing qubits and are key ingredients of emerging quantum technologies such as quantum computing. Here we show that robust and abundant spin-1/2 species can be created in situ in the solid state from spin-active azafullerene C59N cages supramolecularly hosted in crystals of [10]cycloparaphenylene ([10]CPP) nanohoops. This is achieved via a two-stage thermally-assisted homolysis of the parent diamagnetic [10]CPP⊃(C59N)2⊂[10]CPP supramolecular complex. Upon cooling, the otherwise unstable C59N˙ radical is remarkably persistent with a measured radical lifetime of several years. Additionally, pulsed electron paramagnetic resonance measurements show long coherence times, fulfilling a basic condition for any qubit manipulation, and observed Rabi oscillations demonstrate single qubit operation. These findings together with rapid recent advances on the synthesis of carbon nanohoops offer the potential to fabricate tailored cycloparaphenylene networks hosting C59N˙ centers, providing a promising platform for building complex qubit circuits.
中文翻译：
来自环对亚苯基环中稳定的氮杂富勒烯自由基的稳健相干自旋中心
具有强大自旋 1/2 的分子实体是用于实现量子位的自然两级量子系统，是量子计算等新兴量子技术的关键成分。在这里，我们表明，可以从超分子中的自旋活性氮杂富勒烯 C 59 N 笼以固态原位产生强大且丰富的自旋 1/2 物种，这些笼以超分子形式存在于 [10] 环对亚苯基 ([10]CPP) 纳米箍的晶体中。这是通过母体抗磁性 [10]CPP⊃(C 59 N) 2 ⊂[10]CPP 超分子复合物的两阶段热辅助均裂实现的。冷却后，原本不稳定的 C 59N·自由基具有显着的持久性，测量的自由基寿命长达数年。此外，脉冲电子顺磁共振测量显示相干时间长，满足任何量子位操作的基本条件，并且观察到的 Rabi 振荡证明了单个量子位操作。这些发现连同最近在碳纳米环合成方面的快速进展提供了制造具有 C 59 N 中心的定制环对亚苯基网络的潜力，为构建复杂的量子位电路提供了一个有前途的平台。
更新日期：2021-11-25
中文翻译：
来自环对亚苯基环中稳定的氮杂富勒烯自由基的稳健相干自旋中心
具有强大自旋 1/2 的分子实体是用于实现量子位的自然两级量子系统，是量子计算等新兴量子技术的关键成分。在这里，我们表明，可以从超分子中的自旋活性氮杂富勒烯 C 59 N 笼以固态原位产生强大且丰富的自旋 1/2 物种，这些笼以超分子形式存在于 [10] 环对亚苯基 ([10]CPP) 纳米箍的晶体中。这是通过母体抗磁性 [10]CPP⊃(C 59 N) 2 ⊂[10]CPP 超分子复合物的两阶段热辅助均裂实现的。冷却后，原本不稳定的 C 59N·自由基具有显着的持久性，测量的自由基寿命长达数年。此外，脉冲电子顺磁共振测量显示相干时间长，满足任何量子位操作的基本条件，并且观察到的 Rabi 振荡证明了单个量子位操作。这些发现连同最近在碳纳米环合成方面的快速进展提供了制造具有 C 59 N 中心的定制环对亚苯基网络的潜力，为构建复杂的量子位电路提供了一个有前途的平台。
京公网安备 11010802027423号