Er3+单离子磁体复合物对超导体临界温度的调控作用及量子界面构建研究

本研究针对分子磁体(SMM)与超导体界面相互作用的科学难题，通过将[Er(HL)(L)]·4CHCl3·H2O单离子磁体嵌入铟(In)超导基体，发现超导转变温度TC降低和弛豫行为改变现象。该工作为构建自旋-超导混合量子系统（spintronics）提供了新型化学工程策略，对量子比特(qubit)开发具有重要启示意义。

　　

在量子科技迅猛发展的今天，分子磁体(Single Molecule Magnets, SMM)与超导体的跨界结合正掀起一场材料革命。这类混合系统既能保留SMM的持久自旋态存储能力——这是实现量子比特(qubit)的黄金标准，又能借助超导体的宏观量子效应，但两者如何"和平共处"却困扰着学界。更棘手的是，当SMM的磁弛豫频率与超导能隙"撞车"时，会引发难以预测的量子效应。俄罗斯科学院化学物理与医学化学问题研究中心的E.I. Kunitsyna和R.B. Morgunov团队在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》发表的研究，用Er³⁺单离子磁体"入侵"铟超导基体的巧妙策略，揭开了这类混合系统神秘面纱的一角。

研究采用交流磁化率(AC susceptibility)和场冷/零场冷(FC/ZFC)测量等关键技术，以粒径小于伦敦穿透深度(λ₀=64nm)的In微球为超导基体，与[Er(HL)(L)]·4CHCl₃·H₂O复合物（配体L=2,6-二苯基腙吡啶）机械混合形成复合材料。通过对比纯In与复合体系的磁响应差异，捕捉到超导态与分子磁体的量子对话证据。

【Methodology and samples】
研究选用基态为⁴I_15/2（总角动量J=15/2）的Er³⁺配合物，其特有的Krames离子结构有利于磁弛豫调控。超导基体选择临界参数明确的In（T_C=3.41K，H_C=282Oe），通过粒径控制使ξ₀(364nm)和λ₀成为主导尺寸效应的关键参数。

【Experimental results and discussion】
临界场测试揭示复合材料的H_C(T)遵循H_C(0)[1-(T/T_C)²]规律，但T_C出现明显降低。最引人注目的是，复合体系在ZFC/FC测量中展现出温度滞后现象，暗示Er³⁺的磁矩与超导涡旋发生耦合。AC磁化率数据显示，Debye弛豫过程在超导转变区出现异常增强，提示Cooper对波函数可能渗透至SMM分子。

【Conclusions】
该研究首次证实Er³⁺分子磁体会导致In超导体的T_C降低和转变展宽，同时诱导出温度滞后效应。这种非加和性相互作用暗示自旋-超导界面可能存在量子纠缠，为构建"化学定制"的混合量子系统（如Andreev反射器件）提供了新思路。更深远的意义在于，通过精确调控SMM在超导基体中的空间排布，未来或可实现分子尺度上对量子比特耦合强度的编程控制，这将是通向实用化量子处理器的重要跳板。