論文の概要: Engineering open-shell extended edge states in chiral graphene nanoribbons on MgO
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.03927v1
- Date: Thu, 6 Jun 2024 10:08:59 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-07 15:19:49.572783
- Title: Engineering open-shell extended edge states in chiral graphene nanoribbons on MgO
- Title（参考訳）: MgO上のキラルグラフェンナノリボンの開殻拡張エッジ状態
- Authors: Amelia Domínguez-Celorrio, Leonard Edens, Sofía Sanz, Manuel Vilas-Varela, Jose Martinez-Castro, Diego Peña, Véronique Langlais, Thomas Frederiksen, José I. Pascual, David Serrate,
- Abstract要約: Ag(001)上のMgO単分子膜上の狭いキラルグラフェンナノリボン(GNR)のエッジは、整数電荷とスピン-1/2フロンティア状態をホストできることが示されている。
薄肉絶縁膜で支持されるGNRは、量子センシングや量子情報処理において、テーラーメイドのアクティブな要素として使用できることを示唆する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Graphene nanostructures are a promising platform for engineering electronic states with tailored magnetic and quantum properties. Synthesis strategies on metallic substrates have made it possible to manufacture atomically precise nanographenes with controlled size, shape and edge geometry. In these nanographenes, finite spin magnetic moment can arise as a result of many-body interactions in molecular orbitals with $\pi$-conjugated character and subject to strong spatial confinement, for example at the zig-zag edges. However, owing to the mixing of the molecular orbitals and metallic states from the catalysing substrate, most of their expected quantum phenomenology is severely hindered. The use of in-situ ultra-thin decoupling layers can impede nanographene-metal hybridization and facilitate the expression of predicted properties. Here we show that the edges of narrow chiral graphene nanoribbons (GNRs) over MgO monolayers on Ag(001) can host integer charge and spin-1/2 frontier states. The electron occupation varies with the GNR length, which alternates even or odd number of electrons, thus resulting correspondingly in a non-magnetic closed-shell state or an open-shell paramagnetic system. For the latter, we found the spectral fingerprint of a narrow Coulomb correlation gap. Charged states, up to 19 additional electrons, were identified by comparing mean-field Hubbard (MFH) simulations of the density of states with experimental maps of the discretized molecular orbitals acquired with a scanning tunnelling microscope (STM). In consideration of the length-dependent magnetic moment and the discrete nature of the electronic structure, we envisage that GNRs supported by thin insulating films can be used as tailor-made active elements in quantum sensing and quantum information processing.
- Abstract（参考訳）: グラフェンナノ構造は、配向された磁気と量子の性質を持つ電子状態の工学的基盤として有望である。
金属基板上での合成戦略により、原子レベルで精密なナノグラフェンを、サイズ、形状、エッジ形状で製造することが可能になった。
これらのナノグラフェンでは、有限スピン磁気モーメントは、分子軌道と$\pi$共役キャラクタとの多体相互作用の結果生じ、例えばジグザグエッジにおいて強い空間閉じ込めを受ける。
しかし、触媒基板からの分子軌道と金属状態の混合により、期待される量子現象学のほとんどは深刻な障害を受けている。
In-situ Ultra-Thin Decoupling Layerを使用することで、ナノグラフェンと金属のハイブリッド化を阻害し、予測特性の発現を促進することができる。
ここでは、Ag(001)上のMgO単分子膜上の狭いキラルグラフェンナノリボン(GNR)の縁が、整数電荷とスピン-1/2フロンティア状態を持つことを示す。
電子占有は、偶数または奇数の電子を交互に交換するGNR長さによって変化し、結果として非磁性閉殻状態または開殻常磁性系となる。
後者では,狭いクーロン相関ギャップのスペクトル指紋が検出された。
平均場ハバード (MFH) シミュレーションと走査トンネル顕微鏡 (STM) で得られた離散化分子軌道の実験地図を比較することで、19個の電子を含む荷電状態が同定された。
磁気モーメントの時間依存性と電子構造の離散性を考慮すると,GNRは量子センシングや量子情報処理において,高温絶縁膜で支えられた活性元素として使用できることが示唆された。
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