法國與德國科學家首度利用奈米碳管(carbon nanotube)製作出機械式共振器，用來探測分子磁鐵的磁矩。此技術開啟了通往超靈敏磁量測學(magnetometry)的大門，對於自旋電子學、分子電子學及量子計算都有重要的影響。
隨著自旋電子學、分子電子學與量子計算等領域的興起，電子學正經歷革命性的改變。這些新興領域皆須仰賴分子磁鐵，而分子磁鐵同時具有一般磁鐵的古典巨觀性質與奈米結構的量子特性。因此，如何描繪由分子磁鐵相關元件如分子自旋電晶體及自旋閥等的特性，將是日趨重要的能力。最近，由法國尼爾凝態物理基礎研究所(Institut Néel)的Wolfgang Wernsdorfer領導的研究團隊製作出奈米碳管共振器，可望達成此目的。
這個包含德國卡爾斯魯厄(Karlsruhe)理工學院及法國斯特拉斯堡(Strasbourg)大學的團隊以一深溝隔開兩片相鄰的圖案化鉑電極，並使用化學氣相沉積法在其上方成長奈米碳管。接著，研究人員以帶有磁矩的分子來功能化此碳管共振器；當分子磁矩翻轉時，碳管會跟著振動，造成流過碳管的電流改變，此變化可用來測量分子內的核子自旋。碳管與磁性分子間的強烈耦合讓此共振器得以成為超敏磁力計，並可用來觀察多種量子力學效應如量子同調性(quantum coherence)。
該研究團隊在該領域已有多年研究經驗，他們先前曾發表一種由單壁式碳奈米管與非金屬電極組成的新穎自旋閥元件，其中的碳管透過超分子交互作用(supramolecular interaction)與一TbPc2分子磁鐵產生橫向耦合。Wernsdorfer表示，此單分子磁鐵(single-molecule magnet, SMM)的局部磁矩可以用來調制碳管的電導，其磁阻比值在低於1K溫度下可達300%。
該團隊同時以分子自旋電晶體成功讀取出嵌於單分子磁鐵內的單一金屬原子的核子自旋大小。此外，他們亦第一個以實驗證實單分子自旋與碳共振器之間存在強烈的自旋聲子耦合。Wernsdorfer表示，此研究有助於發展具量子特性的自旋電子元件，而這也是他們的主要目標。詳見Nature Nanotechnology | doi:10.1038/nnano.2012.258。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:丁逸勳(台灣海洋大學材料工程研究所)
責任編輯:蔡雅芝