Gail McCormick, Pensilvaniya Dövlət Universiteti tərəfindən

Stefani Baum tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriYeni araşdırma qızıl klasterlərin kvant tətbiqlərində hazırda istifadə olunan ən dəqiq sistemlərin əsas xassələrini necə təqlid etdiyini göstərir və kvant cihazları üçün tənzimlənə bilən, genişlənə bilən seçim vəd edir. Çoxluq yuxarı solda qızıl özəyi və aşağı sağda liqandları ehtiva edir. Kredit: Knappenberger Laboratoriyası / Penn State

Kvant kompüterlərinin, sensorların və digər tətbiqlərin səmərəliliyi çox vaxt elektronların xüsusiyyətlərindən, o cümlədən onların necə fırlanmasından asılıdır. Yüksək performanslı kvant tətbiqləri üçün ən dəqiq sistemlərdən biri qazda sıxışan atomların elektronlarının spin xüsusiyyətlərinə toxunmağa əsaslanır, lakin bu sistemləri kvant kompüterləri kimi daha böyük kvant cihazlarında istifadə etmək üçün genişləndirmək çətindir.

İndi Penn State və Kolorado ştatından olan tədqiqatçılar qrupu qızıl klasterinin qaz halında olan, tələyə düşmüş atomları necə təqlid edə biləcəyini nümayiş etdirib, elm adamlarına asanlıqla genişləndirilə bilən bir sistemdə bu spin xüsusiyyətlərindən faydalanmağa imkan verir.

Penn State Eberly Elm Kollecində şöbə müdiri və kimya professoru və tədqiqat qrupunun rəhbəri Ken Knappenberger, “İlk dəfə qızıl nanoklasterlərin kvant informasiya sistemləri üçün mövcud ən müasir üsullarla eyni əsas spin xüsusiyyətlərinə malik olduğunu göstəririk” dedi.

“Maraqlıdır ki, biz bu klasterlərdə adətən materialda sabitlənən spin qütbləşməsi adlı mühüm xüsusiyyəti də manipulyasiya edə bilərik . Bu klasterlər nisbətən böyük miqdarda asanlıqla sintez oluna bilər və bu, bu işi qızıl klasterlərin müxtəlif kvant tətbiqlərini dəstəkləmək üçün istifadə edilə biləcəyinə dair perspektiv sübuta çevirir.”

Qızıl klasterləri təsvir edən və onların spin xassələrini təsdiqləyən iki məqalə ACS Central Science və The Journal of Physical Chemistry Letters jurnallarında görünür .

Penn State Eberly Elm Kollecinin kimya fakültəsinin aspirantı və məqalələrdən birinin ilk müəllifi Nate Smith, “Elektronun spini təkcə mühüm kimyəvi reaksiyalara deyil, həm də hesablama və hissetmə kimi kvant tətbiqlərinə təsir göstərir” dedi. “Bir elektronun fırlandığı istiqamət və onun sistemdəki digər elektronlara nisbətdə düzülüşü kvant informasiya sistemlərinin dəqiqliyinə və uzunömürlülüyünə birbaşa təsir edə bilər.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=11&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1753249361&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-07-gold-clusters-mimic-atomic-properties.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM4LjAuNzIwNC4xNTgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzOC4wLjcyMDQuMTU4Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTM4LjAuNzIwNC4xNTgiXV0sMF0.&dt=1753249361346&bpp=1&bdt=17891&idt=77&shv=r20250721&mjsv=m202507210101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1753166589%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1753166589%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1753166590%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=808248204346&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2107&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=4200&eid=31093040%2C31093430%2C31093578%2C95362656%2C95365881%2C95366736%2C95366794%2C95366915%2C95359265%2C31093566%2C95344790%2C95366362&oid=2&pvsid=5184515210937468&tmod=1691608682&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeE%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&fsb=1&dtd=85

Yerin günəşə görə əyilmiş oxu ətrafında fırlanması kimi, elektron da öz oxu ətrafında fırlana bilər, nüvəsinə görə isə əyilə bilər. Lakin Yerdən fərqli olaraq, elektron saat əqrəbi istiqamətində və ya əksinə fırlana bilər. Materialda bir çox elektron eyni istiqamətdə fırlandıqda və onların əyilmələri düzləndikdə, elektronlar korrelyasiyalı hesab edilir və materialın spin polarizasiyasının yüksək dərəcəsinə malik olduğu deyilir.

Smit, “Yüksək korrelyasiyaya malik, yüksək spin polarizasiyası ilə elektronları olan materiallar bu korrelyasiyanı daha uzun müddət saxlaya bilər və beləliklə, daha uzun müddət dəqiqliyini qoruya bilər” dedi.

Kvant informasiya sistemlərində yüksək dəqiqlik və aşağı xəta üçün mövcud ən müasir sistem qaz halında tutulmuş atom ionlarını – elektrik yüklü atomları əhatə edir. Bu sistem elektronların uzun müddət davam edə bilən çox spesifik spin qütbləşmələrinə malik olan Rydberg vəziyyətləri adlanan müxtəlif enerji səviyyələrində həyəcanlanmağa imkan verir. O, həmçinin elektronların superpozisiyasına imkan verir, elektronlar ölçülənə qədər eyni vaxtda birdən çox vəziyyətdə mövcud olur ki, bu da kvant sistemləri üçün əsas xüsusiyyətdir.

Knappenberger deyib: “Bu sıxılmış qaz ionları təbiətcə seyreltilmişdir, bu da onların ölçüsünü çox çətinləşdirir”. “Mərk bir material üçün tələb olunan qatılaşdırılmış faza, tərifinə görə, atomları bir yerə yığaraq, bu seyrelmiş təbiəti itirir. Beləliklə, miqyasda böyütmək bütün düzgün elektron inqrediyentləri təmin edir, lakin bu sistemlər ətraf mühitin müdaxiləsinə çox həssas olur.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

“Mühit, əsasən, sistemə kodladığınız bütün məlumatları qarışdırır, beləliklə, səhv nisbəti çox yüksək olur. Bu araşdırmada qızıl klasterlərin miqyaslılığın faydası ilə tutulmuş qaz ionlarının bütün ən yaxşı xüsusiyyətlərini təqlid edə biləcəyini aşkar etdik.”

Alimlər qızıl nanostrukturları onların optik texnologiyada, sensasiyada, terapevtikada potensial istifadəsi və kimyəvi reaksiyaları sürətləndirmək üçün ciddi şəkildə tədqiq ediblər, lakin onların maqnit və spindən asılı xassələri haqqında az şey məlumdur. Mövcud tədqiqatlarda tədqiqatçılar xüsusi olaraq qızıl nüvəsi olan və liqandlar adlanan digər molekullarla əhatə olunmuş monolayerlə qorunan klasterləri araşdırdılar. Tədqiqatçılar bu klasterlərin qurulmasına dəqiq nəzarət edə və eyni vaxtda nisbətən böyük miqdarda sintez edə bilərlər.

“Bu çoxluqlara super atomlar deyilir, çünki onların elektron xarakterləri atomunkinə bənzəyir və indi onların spin xüsusiyyətlərinin də oxşar olduğunu bilirik” dedi Smit. “Biz 19 fərqlənə bilən və unikal Ridberqə bənzər spin qütbləşmiş vəziyyəti müəyyən etdik ki, onlar bizim tələyə düşmüş, qaz fazalı seyreltilmiş ionlarda edə biləcəyimiz super mövqeləri təqlid edirlər. Bu o deməkdir ki, klasterlər spin əsaslı əməliyyatları həyata keçirmək üçün lazım olan əsas xüsusiyyətlərə malikdir.”

Tədqiqatçılar ənənəvi atomlarla istifadə edilən oxşar metoddan istifadə edərək qızıl klasterlərinin spin qütbləşməsini təyin etdilər. Bir növ qızıl klaster 7% spin qütbləşməsinə malik olsa da, fərqli liqandlı bir çoxluq 40% spin qütbləşməsinə yaxınlaşdı, Knappenberger bunun bəzi aparıcı iki ölçülü kvant materialları ilə rəqabət apardığını söylədi.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=1092384543&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=11&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1753249361&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-07-gold-clusters-mimic-atomic-properties.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM4LjAuNzIwNC4xNTgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzOC4wLjcyMDQuMTU4Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTM4LjAuNzIwNC4xNTgiXV0sMF0.&dt=1753249361347&bpp=1&bdt=17893&idt=102&shv=r20250721&mjsv=m202507210101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1753166589%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1753166589%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1753166590%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0%2C750x280&nras=1&correlator=808248204346&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=4108&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=4200&eid=31093040%2C31093430%2C31093578%2C95362656%2C95365881%2C95366736%2C95366794%2C95366915%2C95359265%2C31093566%2C95344790%2C95366362&oid=2&pvsid=5184515210937468&tmod=1691608682&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeE%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&fsb=1&dtd=105

“Bu bizə elektronun spin xassələrinin liqandların vibrasiyası ilə sıx bağlı olduğunu göstərir” dedi Knappenberger. “Ənənəvi olaraq, kvant materialları əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirilə bilməyən sabit bir spin polarizasiya dəyərinə malikdir, lakin bizim nəticələrimiz bu xüsusiyyəti geniş şəkildə tənzimləmək üçün bu qızıl qruplarının ligandını dəyişdirə biləcəyimizi göstərir.”

Tədqiqat qrupu liqandlardakı müxtəlif strukturların spin qütbləşməsinə necə təsir etdiyini və onların spin xüsusiyyətlərini incə tənzimləmək üçün necə idarə oluna biləcəyini araşdırmağı planlaşdırır.

Knappenberger, “Kvant sahəsində ümumiyyətlə fizika və materialşünaslıq tədqiqatçıları üstünlük təşkil edir və burada biz kimyaçıların sintez bacarıqlarımızdan istifadə edərək tənzimlənə bilən nəticələrə malik materialları dizayn etmək fürsətini görürük” dedi. “Bu, kvant informasiya elmində yeni bir sərhəddir.”

Smith və Knappenbergerdən əlavə, tədqiqat qrupuna Penn State-də kimya üzrə aspirant Juniper Foxley; 2019-cu ildə Penn State-də kimya üzrə doktorluq dərəcəsi qazanmış Patrick Herbert; Jane Knappenberger, Penn State Eberly Elm Kollecində tədqiqatçı; və Kolorado ştatında Marcus Tofanelli və Christopher Ackerson.

Daha çox məlumat: Juniper Foxley et al, Au144(SC8H9)60 Clusters of Diverse Superatomic Magnetic and Spin Properties, ACS Central Science (2025). DOI: 10.1021/acscentsci.5c00139

Nathanael L. Smith və başqaları, Au25(SR)18 Spin-Polarized Emissiyaya passivləşdirici liqand şəxsiyyətinin təsiri, Fiziki kimya məktubları jurnalı (2025). DOI: 10.1021/acs.jpclett.5c00723

Jurnal məlumatı: ACS Central Science , Journal of Physical Chemistry Letters  

Pensilvaniya Dövlət Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir