ACS Nano:基于磁旋涡量子腔的扫描自旋探针
来源：生物谷原创 2024-01-30 16:20
涡旋纳米腔还可以实现与单个自旋分子量子比特的强耦合，具有介导量子比特-量子比特相互作用或实现量子比特读出协议的潜在应用。
电子顺磁共振（EPR）被广泛应用于化学、物理、医学和材料科学领域，用于表征磁性分子和杂质的电子结构。这在研究有机和无机自由基、晶体中的有色中心、组织氧合和考古年代测定等方面有着重要的应用。进行纳米级扫描电子顺磁共振（EPR）需要三个基本要素： 首先，需要一个静态磁场和磁场梯度；其次，需要一个能够诱导自旋跃迁的射频（rf）磁场；最后，需要一种灵敏的检测方法来量化自旋吸收的能量。
近段时间，来自马萨诸塞大学物理与应用物理系的Carlos A. González-Gutiérrez教授及团队将微波谐振器的自旋耦合与磁子空腔（饱和铁磁体和磁通闭合态）产生的自旋耦合进行了比较，旨在证明涡旋核心可以作为纳米扫描 EPR 探针使用，该团队研究出将铁磁盘与超导电路耦合可用于空间解析分布在铁磁盘表面的单个自旋的位置，结果凸显了磁通闭合态的潜力。
结果显示，使用 Py，可以在 2π × 2002 nm2 的表面上探测到 0.3 attoliter 的小液滴，每 nm2 含 2 个自旋。此外，还可以通过外部磁场轻松扫描涡旋核心，从而进行 EPR 扫描显微镜检查。利用无耗散自旋电流原则上也能实现同样的效果，基于漩涡的 EPR 显微镜就可以在没有任何外部磁场的情况下实现。高自旋灵敏度源于陀螺共振的小模式体积，它与饱和磁化等材料参数无关，这种特性加上使用高频涡旋模式的可能性，使得达到非常大的自旋磁子耦合成为可能。
使用 Py的模拟结果
总之，涡旋纳米腔还可以实现与单个自旋分子量子比特的强耦合，具有介导量子比特-量子比特相互作用或实现量子比特读出协议的潜在应用。
参考文献：
González-Gutiérrez CA, García-Pons D, et. Scanning Spin Probe Based on Magnonic Vortex Quantum Cavities. ACS Nano. 2024 Jan 25. doi: 10.1021/acsnano.3c06704. Epub ahead of print. PMID: 38271997.
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