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中科院物理所通過電子自旋共振掃描隧道顯微鏡搭建拓?fù)淞孔哟朋w
2024年09月10日 10:47:57
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：9824
中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心Q03組特聘研究員楊鍇團(tuán)隊(duì)利用自主設(shè)計(jì)和搭建的電子自旋共振掃描隧道顯微鏡，取得了突破性進(jìn)展，成功實(shí)現(xiàn)了幾種人工拓?fù)淞孔哟朋w的原子級精準(zhǔn)構(gòu)筑，并對其多體拓?fù)湮飸B(tài)進(jìn)行了高精度探測。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】在凝聚態(tài)物理和量子信息科學(xué)的前沿，拓?fù)湮飸B(tài)以其獨(dú)特的受保護(hù)拓?fù)溥吔缒Ｊ胶蛯钟驍_動的魯棒性，成為了研究的熱點(diǎn)。
近期，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心Q03組特聘研究員楊鍇團(tuán)隊(duì)利用自主設(shè)計(jì)和搭建的電子自旋共振掃描隧道顯微鏡，取得了突破性進(jìn)展，成功實(shí)現(xiàn)了幾種人工拓?fù)淞孔哟朋w的原子級精準(zhǔn)構(gòu)筑，并對其多體拓?fù)湮飸B(tài)進(jìn)行了高精度探測。相關(guān)研究成果以《Construction of topological quantum magnets from atomic spins on surfaces》為題，發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然-納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)上，為多體拓?fù)鋺B(tài)的量子模擬提供了寶貴的固態(tài)研究平臺。
電子自旋共振掃描隧道顯微鏡(ESR-STM)是一種集高分辨率成像與量子操控于一體的尖端技術(shù)，具有原子分辨的成像能力以及幾十個neV的超高能量分辨率，可以在單個原子尺度對自旋系統(tǒng)進(jìn)行高精度探測與量子相干操控。
研究團(tuán)隊(duì)利用自主設(shè)計(jì)搭建的極低溫矢量磁場ESR-STM系統(tǒng)，以單原子精度構(gòu)筑了具有多體拓?fù)湮飸B(tài)的人工量子磁體，實(shí)現(xiàn)了二聚化的自旋1/2反鐵磁海森堡模型的量子模擬。該研究在氧化鎂薄膜表面利用自旋1/2的鈦原子構(gòu)筑了幾種自旋晶格，如二聚化的一維自旋1/2反鐵磁海森堡鏈以及二聚化的二維自旋1/2反鐵磁海森堡陣列，實(shí)現(xiàn)了一階和二階的拓?fù)淞孔哟朋w，并利用ESR-STM在單個原子尺度對自旋晶格的多體拓?fù)溥吔鐟B(tài)以及多體拓?fù)浣菓B(tài)進(jìn)行了高精度探測(能量分辨率優(yōu)于100 neV)。
實(shí)驗(yàn)中，物理所通過探針操縱技術(shù)，構(gòu)筑了拓?fù)浜屯負(fù)淦接箖煞N構(gòu)型的二聚化自旋鏈。對于拓?fù)錁?gòu)型的自旋鏈，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在自旋鏈的兩端存在近四重簡并的拓?fù)溥吔鐟B(tài)，而對于拓?fù)淦接沟淖孕?，其基態(tài)則為自旋單態(tài)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，拓?fù)溥吔鐟B(tài)相比單個自旋具有更長的量子相干時(shí)間，表現(xiàn)出拓?fù)鋺B(tài)的魯棒性。進(jìn)一步，科研人員構(gòu)筑了二維的自旋1/2反鐵磁海森堡自旋陣列，并觀測到高階的拓?fù)浣菓B(tài)。
楊鍇團(tuán)隊(duì)的研究成果不僅是對ESR-STM技術(shù)應(yīng)用的一次重大突破，也為多體拓?fù)鋺B(tài)的量子模擬開辟了新的途徑。這一技術(shù)平臺的建立，將極大推動我們對關(guān)聯(lián)拓?fù)湮锢淼纳钊肜斫?，并為未來基于拓?fù)湮飸B(tài)的技術(shù)革新奠定基礎(chǔ)。
素材來源： 中國科學(xué)院物理研究所
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