Empa 青年科学家奖学金： 青年研究员揭示量子分子的奥秘

杜本多夫、圣加仑和图恩，2025 年 2 月 4 日 – Empa 研究员 Eve Ammerman 希望通过将量子效应与光相结合，使量子技术离应用更近一步。 这将使未来基于量子的设备能够更好地与现有技术进行交流。她的研究项目得到了为期两年的 Empa 青年科学家奖学金的支持。

量子技术在解决基础科学、医学和通信领域的复杂计算问题方面大有可为。然而，在与现有技术一起广泛应用之前，量子技术还需要变得更加强大。这是因为许多种类的量子效应在纳米尺度上会变得特别明显。因此，量子研究人员通常使用单个分子来孤立地观察量子现象。一种特别有前途的方法是使用定制的 “设计 ”分子。然而，正如 Empa 研究员 Eve Ammerman 所知道的那样，利用这种微小结构开展工作绝非易事。

这位物理学家在 Roman Fasel 领导的 Empa’s nanotech@surfaces 实验室工作了两年。 该实验室是生产和使用纳米石墨烯的先驱。这些纳米尺寸的二维碳材料石墨烯具有明显的量子物理特性，可以通过改变分子的形状来控制。Ammerman 对具有所谓自旋的纳米石墨烯分子很感兴趣。自旋是一种量子形式的磁性，被认为对量子技术特别有意义。它有可能被用来创建量子比特，即量子计算机的基本信息单位。然而，仅有自旋还不足以实现实际应用： 为了与这些磁性纳米石墨相互作用，研究人员必须将它们与其他元件连接起来，例如提供输入和输出的元件。

通过光进行通信

但是，如何 “接线 ”一块只有一纳米大小的石墨烯呢？ Ammerman 说：”这种由几十个碳原子组成的微小分子在加工过程中不能受到损坏。还有另一种风险： 与环境的相互作用会破坏纳米石墨烯中脆弱的量子态。因此，Ammerman 在她的项目中采取了不同的方法。她希望从字面上揭示这种携带自旋的分子。为此，她打算将纳米石墨烯分子与所谓的发色团（一种能发光的分子）结合起来。如果纳米石墨烯的自旋发生变化，发色团的光也会发生变化。这样做的好处是 可以在没有物理接触的情况下测量光。该研究人员最近因其项目获得了为期两年的 Empa 青年科学家奖学金。

Ammerman 预计会面临许多挑战。 如何将两种分子连接起来，使它们既能相互 “对话”，又不会妨碍对方？哪种分子结构效果最好？如何测量结果？“她解释说：”虽然已经有很多关于纳米石墨烯和发光分子的研究，但我们几乎没有任何数据可以说明将它们结合在一起会发生什么。在接下来的两年里，她希望填补这一空白，开发出一种可以加工成功能性量子力学器件的分子二重奏，这将有助于把未来的量子系统和现有的光纤技术联系起来。“这位研究员说：”在基本原理和潜在应用之间开展工作真的让我着迷。

Empa 的人才晋升

Empa 青年科学家奖学金是一项针对才华出众的青年科学家的资助计划。研究员可获得资助，开展为期两年的独立研究项目。奖学金通过竞争程序颁发，以选出最有前途的项目。