读取 $4f$ 单分子磁性材料核量子比特的直方法：$^{163}$DyPc$_2$ 研究

$4f$ 单分子磁性材料 (SMMs) 的核自旋因其相对孤立及对环境干扰的较低敏感性，成为量子信息处理中有前景的量子比特或量子 qudit 候选者。然而，$4f$ 磁矩通过与配体电子的超精细耦合实现读出和控制。迄今为止，针对单个 TbPc$_2$ SMMs 的核自旋状态，已通过传输测量中的自旋级联效应检测。该效应表现为 Tb$^{3+}$ 磁矩耦合于未配对配体电子导致的导电跃迁。配体电子通过与金属接触的相互作用也会引起 Kondo 效应。通过沿着 Tb$^{3+}$ 磁矩的易轴方向扫描磁场，系统被调谐至超精细能级的避让交叉点，从而磁场中导电跃迁发生的点指示了核自旋状态。本文提出一种读取 $^{163}$DyPc$_2$ ($I=5/2$) 核自旋的方法，利用毫开尔文温度下的自旋极化扫描隧道显微镜（STM），无需磁场扫描。相反，超精细耦合会改变由 Dy$^{3+}$ 磁矩反转产生的telegraph 噪声的统计特性，从而揭示核自旋状态。我们观察到在 \SI{35}{mK} 下核自旋弛豫时间 $T_1$ 可超过分钟。此外，我们使用射频场驱动核自旋跃迁，并通过在 Kondo 峰附近的导电随核自旋状态而变化，直接在隧道电流中检测核磁共振。