У Nature представили молекулярний інтерфейс між спіном і фотонами
У Nature описали молекулярний інтерфейс між спіновим кубітом і фотонами, який працює на рівні одиничної молекули за 4,5 K.
Дослідники продемонстрували молекулу карбену, здатну працювати як інтерфейс між спіновим кубітом і фотонами на рівні одиничного випромінювача. Як повідомляє Nature, молекулу вбудували у структурно сумісний кристалічний матеріал, що дало змогу реєструвати її флуоресценцію, вибірково керувати спіновими станами світлом і мікрохвилями та спостерігати магнітний резонанс однієї молекули.
Експерименти проводили за температури 4,5 K. Автори використали молекулу di([1,1′-biphenyl]-4-yl)carbene у кристалічній матриці di([1,1′-biphenyl]-4-yl)methanone. Така матриця обмежує структурні зміни молекули під час оптичного збудження та, за даними роботи, допомагає зменшити вплив небажаних електронних дефектів і зарядових пасток, характерних для напівпровідникових систем.
Оптичні та спінові властивості
Молекулярна система має триплетний основний стан. Дослідники зафіксували вузькі лінії безфононних переходів поблизу 594,18 і 595,04 нм, а також спін-залежні оптичні переходи. Для ансамблю молекул резонанси оптично детектованого магнітного резонансу спостерігали на частотах 10,618 і 11,700 ГГц.
Когерентне керування спіном забезпечило час когерентності з динамічним розв’язуванням на рівні мілісекунд, а релаксацію спіну — на рівні десятків мілісекунд. Автори зазначають, що поєднання яскравої флуоресценції, спектральної стабільності та тривалого життя спіну раніше не було реалізоване для одиничної молекули в такому форматі.
Підтвердження одиничного випромінювача
Щоб контролювати густину активованих молекул, команда застосувала поступову фотоактивацію прекурсора з просторовою точністю менш як 1 мкм. У слабко активованих ділянках спектральні лінії ансамблю розділилися на окремі лінії, що відповідали ізольованим випромінювачам.
Для одного з них виміряли провал у функції автокореляції фотонів до g²(0)=0,142, що нижче порога 0,5 для одиничного випромінювача. Ширина спектральної лінії окремої молекули становила 38(2) МГц, а час життя збудженого стану — 24(2) нс. Повторні вимірювання протягом більш ніж години показали стабільність центральних частот двох молекулярних ліній зі стандартним відхиленням 2,4 і 2,6 МГц.
