氢键自组装超分子二元体作为光生量子比特候选材料的研究突破

为解决分子自旋量子比特在合成灵活性和应用适配性方面的需求，研究人员开发了基于苝二酰亚胺(PDI)与氮氧自由基通过氢键自组装的光敏体系。通过电子顺磁共振(EPR)光谱首次证实非共价键可促进自旋混合形成可微波相干操控的四重态(quartet states)，为量子信息科学提供了新型超分子材料构建策略。

　　

超分子化学与量子信息科学的交叉领域迎来重要进展。研究团队巧妙设计苝二酰亚胺(perylenediimide, PDI)和氮氧自由基(nitroxide radicals)体系，通过溶液中的氢键自组装形成二元复合物。在光激发下，该体系产生三重态-自由基对(triplet-radical pairs)，并首次观察到非共价连接引发的自旋混合(spin mixing)现象，形成具有量子相干操控潜力的四重态(quartet states)。突破性地证实无需传统π共价连接，仅凭超分子作用即可实现自旋中心的有效通信。电子顺磁共振(EPR)光谱数据清晰展示了该四重态可被微波场相干调控的特性，为开发模块化、可扩展的量子比特材料开辟了全新超分子工程路径。这一发现将推动自下而上的材料设计策略在量子计算硬件的应用。