Цвет органической молекулы впервые указал на ее квантовое состояние
Появился принципиально новый способ считывать квантовую информацию, только лишь наблюдая за изменением цвета. Химики синтезировали органическую молекулу, которая светится то оранжевым, то инфракрасным, напрямую указывая на ориентацию спинов ее электронов.
Основа квантовых технологий — это умение управлять и считывать квантовые состояния отдельных частиц, например, электронов. У каждого электрона есть собственная квантовая характеристика, которая называется спином. Его можно упрощенно представить как крошечный внутренний магнит. Спин электрона может быть направлен в одну из двух сторон — условно «вверх» или «вниз». Именно эта двойственность позволяет использовать его для хранения и обработки квантовой информации. Технологии, которые используют спин для сверхточных измерений, называют квантовыми сенсорами.
Такие сенсоры обладают потенциалом в науке и технике, особенно в биомедицинских исследованиях. Они могут улавливать изменения магнитных полей, температуры или химического состава среды с чувствительностью, недоступной для классических приборов. До недавнего времени для создания подобных устройств использовали экзотические и дорогостоящие материалы.
Самый известный пример — это наноразмерные алмазы с особыми дефектами в кристаллической решетке, например, с азот-вакансионными центрами. Создание и точное позиционирование таких структур — сложный и дорогой процесс, который ограничивает их массовое применение.
Альтернативой могут стать органические молекулы на основе углерода. Их главное преимущество — возможность целенаправленного синтеза с заранее заданными свойствами. Химики могут изменять их структуру, словно собирая конструктор, чтобы добиться нужных характеристик.
Пока не удавалось создать органическую систему, которая была бы одновременно и высокоэффективным источником света, и позволяла бы легко считывать спиновое состояние. Новое исследование решило эту проблему и представило молекулу, в которой спин и цвет свечения неразрывно связаны. Результаты опубликованы в журнале Nature Chemistry.
В основе работы — молекула-дирадикал. В ее структуре есть два неспаренных электрона, каждый со своим спином. Два активных блока — тритильных радикала соединены между собой специальным флуореновым мостиком. Такая архитектура позволяет двум электронам взаимодействовать друг с другом.
В зависимости от взаимной ориентации их спинов, система может находиться в двух основных состояниях. Если спины обоих электронов направлены в одну сторону, молекула переходит в триплетное состояние. Если же спины направлены в противоположные стороны, она оказывается в синглетном состоянии. Ключевое достижение работы состоит в том, что в этих двух состояниях молекула светится разным цветом. Это позволяет напрямую «увидеть» спиновую конфигураци системы.
Когда молекула находилась в триплетном состоянии, она излучала яркий оранжево-красный свет с длиной волны 640 нанометров. Напротив, в синглетном состоянии свет излучался в ближнем инфракрасном диапазоне с длиной волны 700 нанометров.
Такая разница связана с фундаментальными энергетическими процессами внутри молекулы. Энергия синглетного состояния определяется так называемой энергией Хаббарда — это дополнительная энергия, которая требуется, чтобы разместить два электрона на одном молекулярном участке. В созданной молекуле ученым удалось подобрать структуру так, чтобы энергия этого состояния оказалась ниже, чем энергия триплетного, что и привело к разным цветам излучения. При этом фотолюминесцентный квантовый выход, то есть эффективность преобразования поглощенной энергии в свет, для обоих состояний достигла почти 100%.
Исследователи продемонстрировали, что могут управлять квантовым состоянием молекулы. При очень низкой температуре, около 0,25 кельвина, и в отсутствие внешнего поля система естественным образом переходит в синглетное состояние и светится в инфракрасном диапазоне.
Если же приложить достаточно сильное магнитное поле — выше 0,6 тесла, — оно заставляет спины электронов выстроиться в одном направлении. Молекула переключается в триплетное cостояние и начинает светиться оранжевым. Кроме того, с помощью микроволновых импульсов ученые осуществили когерентное управление спинами — точно переключали их между состояниями, а это и есть краеугольный камень квантовых вычислений.
Система обладала хорошей устойчивостью: время сохранения квантовой фазы составило 950 наносекунд. При проведении магниторезонансных экспериментов химики достигли изменения яркости свечения в 10%, что указывает на очень сильную связь между спином и оптическими свойствами.
Работа открыла новый класс углеродных материалов с управляемыми спин-оптическими свойствами. В отличие от твердотельных систем вроде дефектов в алмазах, которые сложно производить и интегрировать в устройства, органические молекулы можно синтезировать в больших количествах и целенаправленно изменять их структуру. Это предоставляет прочную и неожиданную основу для дальнейшей разработки оптически управляемых квантовых платформ.
Telegram 
Дзен 
VK Американские биотехнологи впервые сообщили об обращении вспять клеточного старения в живых клетках печени человека — не мышиных, не синтетических, а именно человеческих. На волне этого результата компания привлекла 435 миллионов долларов и готовится к клиническим испытаниям.
Роль личности в истории чаще всего иллюстрируют правителями или полководцами. Но, глядя на современную карту мира, нельзя не признать: она выглядела бы принципиально иначе, если бы не одна крестьянская девушка, которую сожгли в этот день ровно 595 лет назад.
Старший преподаватель кафедры физики и технической механики РТУ МИРЭА Николай Зенченко проанализировал принципы работы одежды с маркировкой UPF — технологии, которая блокирует до 98% ультрафиолетового излучения. В отличие от солнцезащитного крема, такая защита не смывается водой и действует весь день, но при этом требует правильного выбора материала. Эксперт развеял популярные мифы: почему мокрая хлопковая футболка не спасает от ожогов, можно ли загореть в UPF-купальнике и зачем горнолыжной куртке защита от солнца.
В 2017 году человечество впервые заметило объект, прилетевший из другой звездной системы. Он оказался странным, почти не похожим ни на астероид, ни на комету, и получил имя Оумуамуа. Затем появился «нормальный» межзвездный странник — комета Борисова. А в 2025-м астрономы обнаружили 3I/ATLAS — объект, который, вероятно, хранит вещество времен рождения чужих миров. Но что изменили в астрономии эти три гостя из межзвездной тьмы?
Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
Тысячу лет назад колоссальный степной пояс от Амура до Дуная назывался Великой степью. На Руси его знали как Дикую степь. В этом краю жили кочевники, и среди них — хищная птица сокол-балобан. Сейчас цельной трансконтинентальной популяции балобана больше нет. Небольшой европейский островок уцелел в Венгрии, Австрии и в Крыму. Есть популяция в Казахстане, Монголии и Китае. В России сокол-балобан, помимо Крыма, живет в горах Южной Сибири. И выживание этой популяции, как и всего вида, под угрозой. Как живет эта птица и как ей помогают в нашей стране? Зачем в Хакасии посреди «нигде» построили огромный облёточник? Буквально сегодня в него уже доставили первую партию птиц.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии