論文の概要: Systematic Modulation of Charge and Spin in Graphene Nanoribbons on MgO

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.03927v2
• Date: Tue, 04 Mar 2025 09:20:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-05 23:36:47.786666
• Title: Systematic Modulation of Charge and Spin in Graphene Nanoribbons on MgO
• Title（参考訳）: MgO上におけるグラフェンナノリボンの電荷とスピンの体系的変調
• 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)上に成長したMgO層上に積層されたグラフェンナノリボン(GNR)の電子占有の系統的操作を示す。 GNRは、その長さと形状に依存する整数数の電子電荷を宿る。 我々は、MgO超薄膜がサポートするGNRが、量子センシングや量子処理への応用のためにカスタマイズされたデバイスへの扉を開くことができることを期待する。
• 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 can be engineered with atomic precision to display customized electronic states with application in spintronics or quantum technologies. In order to take advantage of their full potential, their charge and spin state must be precisely controlled. Graphene systems exchange charge to reach thermodynamic equilibrium with their environment, requiring external gating potentials to tune their ground state. Alternative strategies like intrinsic doping or substrate modifications provided small variations of their equilibrium charge and poor control over their spin. Here, we show systematic manipulation of the electron occupation in graphene nanoribbons (GNRs) laying on MgO layers grown on Ag(001). Owing to the extraordinary decoupling properties of MgO, and the electropositive character of the substrate, GNRs are found to host an integer number of electron charges that depend on their length and shape. This results in the alternation between a non-magnetic closed-shell state and an open-shell paramagnetic system for even and odd electron occupations respectively. For the odd case, we found the spectral fingerprint of a narrow Coulomb correlation gap, which is the smoking gun of its spin 1/2 paramagnetic state. Comparisons of scanning tunnelling microscopy (STM) data with mean-field Hubbard (MFH) simulations confirm the practical discretization of the GNR electronic states and point to charge excess of up to 19 electrons in a single ribbon. We anticipate that GNRs supported by MgO ultra-thin insulating films can open the door to customized devices for quantum sensing and quantum processing applications..
• Abstract（参考訳）: グラフェンナノ構造は原子精度で設計され、スピントロニクスや量子技術に応用されたカスタマイズされた電子状態を表示することができる。 ポテンシャルを最大限に活用するためには、電荷とスピン状態は正確に制御されなければならない。 グラフェン系は熱力学的平衡に達するために電荷を交換し、基底状態を調整するために外部のゲーティング電位を必要とする。 内在ドーピングや基板改質のような代替戦略は、平衡電荷の小さなバリエーションとスピンの制御の低さをもたらした。 本稿では,Ag(001)上に成長したMgO層上に生成するグラフェンナノリボン(GNR)の電子占有の系統的操作について述べる。 MgOの異常な脱カップリング特性と基質の電気陽性特性により、GNRはその長さと形状に依存する電子電荷の整数数が宿ることがわかった。 これにより、偶数および奇数の電子占有に対する非磁性閉殻状態と開殻常磁性系との交互性が得られる。 奇妙なケースでは、そのスピン1/2常磁性状態の喫煙銃である、狭いクーロン相関ギャップのスペクトル指紋を発見した。 走査型トンネル顕微鏡(STM)データと平均場ハバード(MFH)シミュレーションの比較により、GNR電子状態の現実的な離散化が確認され、単一リボン内の19個の電子の超過を指摘される。 我々は、MgO超薄膜がサポートするGNRが、量子センシングや量子処理への応用のためにカスタマイズされたデバイスへの扉を開くことができることを期待する。 と。

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