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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2507.13699 (cond-mat)
[提交于 2025年7月18日 ]

标题: 自旋-电控个体分子在表面

标题: Spin-Electric Control of Individual Molecules on Surfaces

Authors:Paul Greule, Wantong Huang, Máté Stark, Kwan Ho Au-Yeung, Johannes Schwenk, Jose Reina-Gálvez, Christoph Sürgers, Wolfgang Wernsdorfer, Christoph Wolf, Philip Willke
摘要: 单个磁性分子因其化学可调性、纳米尺度尺寸和能够自组装成有序阵列的能力,是量子技术的有前途的构建模块。 然而,在量子信息处理中利用其特性需要对其自旋特性进行精确的局部控制。 在本研究中,我们展示了两种分子自旋系统——铁酞菁(FePc)和Fe-FePc复合物——吸附在表面上的自旋-电耦合(SEC)。 我们使用电子自旋共振结合扫描隧道显微镜(ESR-STM)通过STM探针局部定位它们,并使用施加的偏压电压对其进行电调控。 这些测量结果显示了共振频率的显著非线性电压依赖性,这与其它分子轨道的能量起始有关。 我们将这种效应归因于来自磁性探针的传输介导交换场,提供了一种大范围、高度局部化且广泛适用的SEC机制。 最后,我们证明SEC实现了全电气相干自旋控制:在单个和耦合的Fe-FePc复合物的里比振荡测量中,我们展示了自旋动力学可以被调节,证明了电控量子操作的途径。
摘要: Individual magnetic molecules are promising building blocks for quantum technologies because of their chemical tunability, nanoscale dimensions, and ability to self-assemble into ordered arrays. However, harnessing their properties in quantum information processing requires precise local control of their spin properties. In this work, we present spin-electric coupling (SEC) for two molecular spin systems, iron phthalocyanine (FePc) and Fe-FePc complexes, adsorbed on a surface. We use electron spin resonance combined with scanning tunnelling microscopy (ESR-STM) to locally address them with the STM tip and electrically tune them using the applied bias voltage. These measurements reveal a pronounced nonlinear voltage dependence of the resonance frequency, linked to the energic onset of other molecular orbitals. We attribute this effect to a transport-mediated exchange field from the magnetic tip, providing a large, highly localized, and broadly applicable SEC mechanism. Finally, we demonstrate that the SEC enables all-electrical coherent spin control: In Rabi oscillation measurements of both single and coupled Fe-FePc complexes we show that the spin dynamics can be tuned, demonstrating a pathway towards electrically controlled quantum operation.
评论: 18页,4图
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall) ; 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2507.13699 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2507.13699v1 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.13699
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Paul Greule [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 7 月 18 日 07:03:05 UTC (3,678 KB)
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