YPc$_2$在Cu(111)表面电子构型调控：分子自旋量子比特平台的脱耦策略
介观与纳米尺度物理
2025-06-13 v2 化学物理
摘要
在潜在的自旋量子比特候选材料中，yttrium phthalocyanine double-decker（YPc）具有准磁性金属离子核心可稳定分子结构，而其磁性主要来源于分布在两个phthalocyanine（Pc）配体上未配对电子（S=1/2）。理解其在金属电极附近的性质至评估其在分子自旋量子比特架构中的潜力至关重要。本文利用扫描隧道显微镜（STM）研究了该分子吸附于Cu(111)表面的形貌与电子结构。发现YPc在Cu(111)上呈平面吸附，孤立分子显示出沿<111>晶轴的首选取向。此外，我们观察到生长分子补丁时出现两种不同的自组装分子包布方式。对于直接接触Cu(111)的YPc，STM显示其最高占据分子轨道（HOMO）与最低未占据分子轨道（LUMO）间距离较大，表明未配对自旋被消磁。相反，当YPc通过几层准磁性锌phthalocyanine（ZnPc）层与金属基片分离时，我们发现HOMO分裂为单占据分子轨道（SOMO）和单未占据分子轨道（SUMO）。我们观察到需要超过2层ZnPc才能避免两种分子之间的相互混合及YPc中的自旋消磁。密度泛函理论（DFT）表明，YPc与Cu(111)态的混合导致自旋消磁，确认采用合适的脱耦层来保存未配对分子自旋的重要性。我们的结果表明，YPc/ZnPc异质结构潜在可作为稳定且有效的分子自旋量子比特平台，并验证了将该分子自旋量子比特候选材料集成到未来量子逻辑器件中的可能性。
引用
@article{arxiv.2505.15539,
title = {Tailoring the Electronic Configurations of YPc$_2$ on Cu(111): Decoupling Strategies for Molecular Spin Qubits Platforms},
author = {Soyoung Oh and Franklin. H. Cho and We-hyo Soe and Jisoo Yu and Hong Bui and Lukas Spree and Caroline Hommel and Wonjun Jang and Soo-hyon Phark and Luciano Colazzo and Christoph Wolf and Fabio Donati},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.15539},
year = {2025}
}