Масштабируемый способ нанесения потенциальных кубитов на поверхность МОКП MOF-808

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Для развития квантовых технологий ключевым шагом является разработка квантовых битов (кубитов). Среди различных способов решения данной задачи кубиты на парамагнитных центрах имеют преимущество за счет своего разнообразия и возможности регулярно расположить такие кубиты, например, в структуре металл-органических координационных полимеров (МОКП). В данной работе продемонстрирован простой и масштабируемый подход получения потенциальных кубитов на основе стабильного органического радикала 3-карбокси-ПРОКСИЛ и МОКП MOF-808. Исследования полученных веществ с разным содержанием радикала методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) показывают наличие радикала в составе двух фракций в образцах и подтверждаются моделированием. Достаточно большое время фазовой когерентности при комнатной температуре для сорбированных в МОКП радикалов (0.39 мкс), а также наблюдаемые осцилляции Раби позволяют рассматривать данный материал в качестве платформы для создания кубитов. Разработанный подход позволяет получить разное содержание парамагнитных центров в структуре МОКП и может применяться для получения других претендентов на роль спиновых кубитов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. С. Томилов

Международный томографический центр СО РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Email: mfedin@tomo.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

А. А. Язикова

Международный томографический центр СО РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Email: mfedin@tomo.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

А. Р. Мельников

Международный томографический центр СО РАН

Email: mfedin@tomo.nsc.ru
Россия, Новосибирск

К. А. Смирнова

Международный томографический центр СО РАН

Email: mfedin@tomo.nsc.ru
Россия, Новосибирск

А. С. Порываев

Международный томографический центр СО РАН

Email: mfedin@tomo.nsc.ru
Россия, Новосибирск

М. В. Федин

Международный томографический центр СО РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: mfedin@tomo.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

Список литературы

  1. DiVincenzo D.P. // Fortschritte Der Phys. 2000, V. 48. № 9-11. P. 771.
  2. Ladd T. D., Jelezko F., Laflamme R. et al. // Nature. 2010. V. 464. № 7285. P. 45.
  3. Nakazawa S., Nishida S., Ise T. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2012. V. 51. № 39. P. 9860.
  4. Dolde F., Fedder H., Doherty M.W. et al. // Nat. Phys. 2011. V. 7. № 6. P. 459.
  5. Atzori M., Sessoli R. // J. Am. Chem. Soc. 2019. V. 141. № 29. P. 11339.
  6. Nielsen M.A., Chuang I.L. Quantum Computation and Quantum Information: 10th Anniversary. Cambridge Univ. Press, 2010.
  7. Knill E., Laflamme R., Milburn G.J. // Nature. 2001. V. 409. № 6816. P. 46.
  8. Bruzewicz C.D., Chiaverini J., McConnell R. et al. // Appl. Phys. Rev. 2019. V. 6. № 2. P. 021314.
  9. Benhelm J., Kirchmair G., Roos C. F. et al. // Nat. Phys. 2008. V. 4. № 6. P. 463.
  10. Devoret M.H., Schoelkopf R.J. // Science. 2013. V. 339. № 6124. P. 1169.
  11. Siddiqi I. // Nat. Rev. Mater. 2021. V. 6. № 10. P. 875.
  12. Kjaergaard M., Schwartz M. E., Braumüller J. et al. // Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 2020. V. 11. № 1. P. 369.
  13. Trauzettel B., Bulaev D. V., Loss D. et al. // Nat. Phys. 2007. V. 3. № 3. P. 192.
  14. Doherty M.W., Manson N.B., Delaney P. et al. // Phys. Rep. 2013. V. 528. № 1. P. 1.
  15. Togan E., Chu Y., Trifonov A.S. et al. // Nature. 2010. V. 466. № 7307. P. 730.
  16. Hanson R., Awschalom D.D. // Nature. 2008. V. 453. № 7198. P. 1043.
  17. Chatterjee A., Stevenson P., De Franceschi S. et al. // Nature Rev. Phys. 2021. V. 3. № 3. P. 157.
  18. Yamabayashi T., Atzori M., Tesi L., et al. // J. Am. Chem. Soc. 2018. V. 140. № 38. P. 12090.
  19. Fataftah M.S., Bayliss S.L., Laorenza D.W. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2020. V. 142. № 48. P. 20400.
  20. Starikova A.A., Starikov A.G., Minkin V.I. // Russ. J. Coord. Chem. 2017. V. 43. № 4. P. 197.
  21. Zadrozny J.M., Gallagher A.T., Harris T.D. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2017. V. 139. № 20. P. 7089.
  22. Stamp P.C.E., Gaita-Ariño A. // J. Mater. Chem. 2009. V. 19. № 12. P. 1718.
  23. Gaita-Ariño A., Luis F., Hill S. et al. // Nat. Chem. 2019. V. 11. № 4. P. 301.
  24. Poryvaev A.S., Gjuzi E., Polyukhov D.M. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2021. V. 60. № 16. P. 8683.
  25. Oanta A.K., Collins K.A., Evans A.M. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2023. V. 145. № 1. P. 689.
  26. Wakizaka M., Gupta S., Wan Q. et al. // Chem. Eur. J. 2023. V. 30. № 12. Art. e202304202.
  27. Yu C.J., Krzyaniak M.D., Fataftah M.S., et al. // Chem. Sci. 2019. V. 10. № 6. P. 1702.
  28. Sun L. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2022. V. 144. № 41. P. 19008.
  29. Альтшулер С.А., Козырев Б.М. // Успехи физ. наук. 1957. V. 63. № 11. P. 533.
  30. Weil J.A., Bolton J.R. Electron Paramagnetic Resonance: Elementary Theory and Practical Applications. Wiley, 2007.
  31. Schweiger A., Jeschke G. Principles of Pulse Electron Paramagnetic Resonance. Oxford University Press, 2001.
  32. Zadrozny J.M., Niklas J., Poluektov O.G. et al. // ACS Cent Sci. 2015. V. 1. № 9. P. 488.
  33. Schäfter D., Wischnat J., Tesi L. et al. // Adv. Mater. 2023. V. 35. № 38. P. 2302114.
  34. Liu X. et al. // Chem. Mater. 2021. V. 33. № 4. P. 1444.
  35. Yan X., Wang K., Xu X. et al. // Inorg. Chem. 2018. V. 57. № 14. P. 8033.
  36. Furukawa H., Gándara F., Zhang Y.-B. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2014. V. 136. № 11. P. 4369.
  37. Paletta J.T., Pink M., Foley B. et al. // Org. Lett. 2012. V. 14. № 20. P. 5322.
  38. Stoll S., Schweiger A. // J. Magn. Res. 2006. V. 178. № 1. P. 42.
  39. Jiang J., Gándara F., Zhang Y.-B. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2014. V. 136. № 37. P. 12844.
  40. Peng Y., Huang H., Zhang Y. et al. // Nat. Commun. 2018. V. 9. № 1. P. 187.
  41. Li J., Huang H., Xue W. et al. // Nat. Catal. 2021. V. 4. № 8. P. 719.
  42. Lyu H., Chen O.I.-F., Hanikel N. et al. // J. Am, Chem. Soc. 2022. V. 144. № 5. P. 2387.
  43. Kuzhelev A.A., Strizhakov R. K., Krumkacheva O. A. et al. // J. Magn. Res. 2016. V. 266. P. 1.
  44. Chernova D.A., Vorobiev A.K. // J. Polym. Sci. B. 2009. V. 47. № 1. P. 107.
  45. Rajca A., Kathirvelu V., Roy S.K. et al. // Chem. Eur. J. 2010. V. 16. № 19. P. 5778.
  46. Ivanov M.Yu., Prikhod′ko S.A., Bakulina O.D. et al. // Molecules. 2021. V. 26. № 19.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение модификации MOF-808 радикалом 3-карбокси-2,2,5,5-тетраметилпирролидин 1-оксил (c-Pr). Бирюзовыми полиэдрами показаны циркониевые кластеры, красным цветом — атомы кислорода, серым — атомы углерода и сиреневым — азот (а); данные порошковой рентгеновской дифракции для образца MOF-808 по сравнению с теоретически смоделированной дифрактограммой (CCDC № 1871192) (б); изотерма сорбции N2 для образца MOF-808 (в).

Скачать (365KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Стационарные ЭПР-спектры, записанные при комнатной температуре, для вакуумированных образцов c-Pr@MOF-808_вз (а); c-Pr@MOF-808_сз (б); c-Pr@MOF-808_нз (в); моделирование для всех образцов показано красным пунктиром. Параметры моделирования: 1) g1 = [2.0082, 2.0054, 2.0020]; A1 = [4, 4, 34.8] мТл; 2) g2 = [2.0082, 2.0054, 2.0020]; A2 = [7, 7, 41.550] мТл.

Скачать (140KB)
Метаданные
4. Рис. 3. ЭПР-спектр, детектируемый по спаду свободной индукции, для образца c-Pr@MOF-808_нз, измеренный при комнатной температуре; звездочкой отмечено положение поля, в котором было измерено T2. Моделирование показано красным пунктиром.

Скачать (57KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость времен релаксации Т1 и Т2 от температуры для образца c-Pr@MOF-808_нз.

Скачать (103KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Осцилляции Раби, измеренные для c-Pr@MOF-808_нз при комнатной температуре и мощности нутационного импульса в диапазоне 3–21 дБ (даны величины аттенюации); сверху приведена использованная импульсная последовательность (а); преобразование Фурье для спектров из а (б); зависимость Раби частоты от B1 в относительных единицах (нормировка на наименьшее значение) (в).

Скачать (312KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024