【JACS】系统发光寿命提高200%，总发光强度可调节达30%,新型发光分子量子比特的设计与调控

简介

本文探讨了基于自旋相关自由基对（SCRPs）的发光分子量子比特的设计与调控，重点研究这些系统在弱磁场下的光学响应，以推动分子量子技术的发展。

摘要

通过引入新型供体-手性桥体-受体（D-χ-A）分子结构，本文展示了如何通过精确调整供体位置实现对量子属性的显著控制。研究发现，室温条件下，系统的发光寿命可提高200%，总发光强度可调节达30%。这些结果凸显了合成自旋化学在功能性分子量子比特领域的潜力，为分子量子技术提供了重要的设计原则。

研究结果与讨论

分子设计与合成

研究通过合成新型D-χ-A分子结构，利用手性桥体提供电子耦合以延长SCRPs寿命，同时控制自旋混合和磁场调节。通过供体位置的精确调整实现了光学和磁响应的显著提升。

光学性能表征

D-χ-A分子在吸收和发射光谱中表现出典型的BODIPY特性。时间分辨发光测量显示出长寿命重组荧光，并确认了自由基对的产生与动态过程。

磁场对光学特性的调节

研究发现弱磁场可显著调节发光强度和寿命，通过MARY曲线详细分析了磁场效应对分子系统的影响，揭示了系统的高磁敏感性。

分子工程与磁敏感性优化

通过供体结构的锁定、距离延展和平面化，系统地优化了磁响应范围和线宽。研究表明，分子结构的刚性化可有效提高磁敏感性，同时控制自旋弛豫。

结论

本文通过系统的分子工程，成功开发了具有显著磁控能力的发光分子量子比特，为量子感应与控制应用铺平了道路。研究结果不仅展示了当前设计的模块化潜力，也为进一步提升分子量子系统性能提供了实践策略。

参考文献

Lin, N.; Tsuji, M.; Bruzzese, I.; Chen, A.; Vrionides, M.; Jian, N.; Kittur, F.; Fay, T. P.; Mani, T. Molecular Engineering of Emissive Molecular Qubits Based on Spin-Correlated Radical Pairs. J. Am. Chem. Soc. 2025, jacs.4c16164. https://doi.org/10.1021/jacs.4c16164.