論文の概要: Janus graphene nanoribbons with a single ferromagnetic zigzag edge

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.05608v1
• Date: Sun, 9 Jun 2024 01:45:36 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-11 18:56:27.541329
• Title: Janus graphene nanoribbons with a single ferromagnetic zigzag edge
• Title（参考訳）: 単一強磁性ジグザグエッジを有するジャナスグラフェンナノリボン
• Authors: Shaotang Song, Yu Teng, Weichen Tang, Zhen Xu, Yuanyuan He, Jiawei Ruan, Takahiro Kojima, Wenping Hu, Franz J Giessibl, Hiroshi Sakaguchi, Steven G Louie, Jiong Lu,
• Abstract要約: ジグザグ縁グラフェンナノリボン(ZGNR)中のπ電子のトポロジー設計は、磁気量子現象とエキゾチック量子相をもたらす。 ZGNRにおけるクロスエッジ磁気カップリングの排除は、新しい種類の強磁性量子スピン鎖の実現を可能にする。 本稿では、2つの異なるエッジ構成を持つJanus GNRの形で、そのような強磁性GNRを設計および製造するための一般的なアプローチについて報告する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.160365538756164
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Topological design of pi-electrons in zigzag-edged graphene nanoribbons (ZGNRs) leads to a wealth of magnetic quantum phenomena and exotic quantum phases. Symmetric ZGNRs typically exhibit antiferromagnetically coupled spin-ordered edge states. Eliminating cross-edge magnetic coupling in ZGNRs not only enables the realization of a new class of ferromagnetic quantum spin chains, enabling the exploration of quantum spin physics and entanglement of multiple qubits in the 1D limit, but also establishes a long-sought carbon-based ferromagnetic transport channel, pivotal for ultimate scaling of GNR-based quantum electronics. However, designing such GNRs entails overcoming daunting challenges, including simultaneous breaking of structural and spin symmetries, and designing elegant precursors for asymmetric fabrication of reactive zigzag edges. Here, we report a general approach for designing and fabricating such ferromagnetic GNRs in the form of Janus GNRs with two distinct edge configurations. Guided by Lieb's theorem and topological classification theory, we devised two JGNRs by asymmetrically introduced a topological defect array of benzene motifs to one zigzag edge, while keeping the opposing zigzag edge unchanged. This breaks structural symmetry and creates a sublattice imbalance within each unit cell, initiating a spin symmetry breaking. Three Z-shape precursors are designed to fabricate one parent ZGNR and two JGNRs with an optimal lattice spacing of the defect array for a complete quench of the magnetic edge states at the defective edge. Characterization via scanning probe microscopy/spectroscopy and first-principles density functional theory confirms the successful fabrication of Janus GNRs with ferromagnetic ground state delocalised along the pristine zigzag edge.
• Abstract（参考訳）: ジグザグ縁グラフェンナノリボン(ZGNR)中のπ電子のトポロジー設計は、豊富な磁気量子現象とエキゾチック量子相をもたらす。 対称ZGNRは一般的に反強磁性結合のスピン秩序エッジ状態を示す。 ZGNRにおけるクロスエッジ磁気カップリングの排除は、新しい種類の強磁性量子スピン鎖の実現を可能にし、量子スピン物理学の探索と1次元極限における複数の量子ビットの絡み合いを可能にするだけでなく、GNRベースの量子エレクトロニクスの究極的なスケーリングのために重要な炭素ベースの強磁性輸送チャネルを確立する。 しかし、そのようなGNRの設計には、構造対称性とスピン対称性の同時破壊や、反応性ジグザグエッジの非対称化のためのエレガントな前駆体の設計など、困難な課題を克服する必要がある。 本稿では、2つの異なるエッジ構成を持つJanus GNRの形で、そのような強磁性GNRを設計および製造するための一般的なアプローチについて報告する。 リーブの定理と位相分類理論により、2つのJGNRを非対称にベンゼンモチーフの位相的欠陥配列を1つのジグザグエッジに導入し、反対のジグザグエッジを一定に保ちながら考案した。 これは構造対称性を破り、各単位セル内で亜格子不均衡を生じさせ、スピン対称性の破れを開始する。 3つのZ字型前駆体は、1つの親ZGNRと2つのJGNRを、欠陥エッジにおける磁気エッジ状態の完全クエンチに対して、欠陥アレイの最適格子間隔で作製するように設計されている。 走査型プローブ顕微鏡・分光法および第1原理密度汎関数理論によるキャラクタリゼーションにより、原始ジグザグ縁に沿って非局在化された強磁性基底状態を持つヤヌスGNRの創成に成功したことが確認された。

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