Neue Wege in der Quantenforschung: Supramolekulare Qubit-Kandidaten nachgewiesen

Deutsch-Französisches Forschungsteam mit Freiburger Beteiligung zeigt, dass supramolekulare Chemie effiziente Spin-Kommunikation durch Wasserstoffbrücken ermöglicht.
Privat
Qubits sind die Grundbausteine der Informationsverarbeitung in der Quantentechnologie. Aus welchem Material sie später in technischen Anwendungen tatsächlich bestehen werden, ist eine wichtige Forschungsfrage. Molekulare Spin-Qubits gelten dabei als vielversprechende Qubit-Kandidaten für die molekulare Spintronik, insbesondere für die Quanten-Sensorik. Die hier untersuchten Materialien können durch Licht angeregt werden; dabei entsteht ein zweites Spin-Zentrum und, in weiterer Folge, ein lichtinduzierter Quartett-Zustand. Bislang ging die Forschung davon aus, dass die Wechselwirkung zwischen zwei Spin-Zentren für eine erfolgreiche Quartett-Bildung nur stark genug sein kann, wenn die Zentren kovalent miteinander verknüpft sind. Aufgrund des hohen Aufwands, kovalent-verbundene Netzwerke solcher Systeme synthetisch herzustellen, ist ihr Einsatz bei anwendungsbezogenen Entwicklungen im Bereich der Quantentechnologie stark limitiert.
Forschende des Instituts für Physikalische Chemie der Universität Freiburg und des Instituts Charles Sadron der Universität Straßburg konnten nun erstmals zeigen, dass nicht-kovalente Bindungen eine effiziente Spin-Kommunikation erlauben können. Hierfür verwenden die Wissenschaftler*innen ein Modell-System bestehend aus einem Perylendiimid Chromophor und einem Nitroxidradikal, die sich in Lösung mittels Wasserstoffbrückenbindungen selbstständig zu funktionalen Einheiten anordnen. Der entscheidende Vorteil: Die Entstehung eines geordneten Netzwerks von Spin-Qubits könnte nun über supramolekulare Ansätze erfolgen, was das Testen neuer Molekül-Kombinationen und eine Skalierbarkeit des Systems ohne großen synthetischen Aufwand ermöglicht.
„Die Ergebnisse verdeutlichen das enorme Potenzial der supramolekularen Chemie für die Entwicklung neuartiger Materialien in der Quantenforschung“, sagt Dr. Sabine Richert, die am Institut für Physikalische Chemie der Universität Freiburg forscht und dort eine Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe leitet. „Sie bietet innovative Wege zur Erforschung, Skalierung und Optimierung dieser Systeme. Die Erkenntnisse sind damit ein wichtiger Schritt, um neue Bauelemente für die molekulare Spintronik zu entwickeln.“
Ivan V. Khariushin, Philipp Thielert, Elisa Zöllner, Maximilian Mayländer, Theresia Quintes, Sabine Richert, Andreas Vargas Jentzsch; „Supramolecular dyads as photogenerated qubit candidates“; Nature Chemistry, 2025-1-27
Meistgelesene News
Originalveröffentlichung
Ivan V. Khariushin, Philipp Thielert, Elisa Zöllner, Maximilian Mayländer, Theresia Quintes, Sabine Richert, Andreas Vargas Jentzsch; „Supramolecular dyads as photogenerated qubit candidates“; Nature Chemistry, 2025-1-27
Themen
Organisationen
Redox-Mediator verbessert Leistung und Lebensdauer von Li-O2-Akkus
„Diese Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten zur dynamischen Kontrolle von Materie auf atomarer Ebene“
„Dieses neue Al-Ionen-Batteriekonzept zeigt das Potenzial für ein langlebiges, kostengünstiges und hochsicheres Energiespeichersystem“
Durchbruch ermöglicht hochauflösende Momentaufnahmen ultraschneller Prozesse wie chemischer Reaktionen mit bisher unerreichter zeitlicher Präzision
Flexible, garnähnliche Batterien können in verschiedene Formen gestrickt oder gewebt werden
Fossile Überreste von Kieselalgen können Schadstoffe effizient aus dem Wasser entfernen, nachdem sie chemisch modifiziert wurden
Wie Kohlenstoffnitrid Wasser spaltet
Erstes CEN-Workshop-Agreement zur Rohstoffrückgewinnung aus Meerwasserentsalzungsanlagen veröffentlicht
Die Erkenntnisse könnten helfen, Materialeigenschaften gezielt zu optimieren
Aufklärung der chemischen Prozesse in Rußpartikelfiltern eröffnen neue Wege zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe
Das Sauerstoffsensor-Protein könnte helfen, Nitrogenase in der Biotechnologie nutzbar zu machen und dadurch synthetische Düngemittel einzusparen
Das Design und die Prozessführung sind das A und O bei der Reduktion von CO2 aus Abgasen oder der Atmosphäre
Chemische Forschungsberichte enthalten teils unpräzise Messdaten
„Mit dieser Arbeit glauben wir, einen bedeutenden Beitrag zu einer selektiven, nachhaltigen und zielgerichteten Synthesechemie geleistet zu haben“
Wertvollere Eigenschaften als das Ausgangsmaterial
Chemische Synthese des Materials COF-999 gelungen
Interdisziplinäre Umfrage in 68 Ländern
„Wir wollen ein selbstlernendes KI-System entwickeln, das einzelne Moleküle schnell, gezielt und in der richtigen Ausrichtung platziert, und das alles völlig autonom“
Mit dem Absenden des Formulars willigen Sie ein, dass Ihnen die LUMITOS AG den oder die oben ausgewählten Newsletter per E-Mail zusendet. Ihre Daten werden nicht an Dritte weitergegeben. Die Speicherung und Verarbeitung Ihrer Daten durch die LUMITOS AG erfolgt auf Basis unserer Datenschutzerklärung. LUMITOS darf Sie zum Zwecke der Werbung oder der Markt- und Meinungsforschung per E-Mail kontaktieren. Ihre Einwilligung können Sie jederzeit ohne Angabe von Gründen gegenüber der LUMITOS AG, Ernst-Augustin-Str. 2, 12489 Berlin oder per E-Mail unter widerruf@lumitos.com mit Wirkung für die Zukunft widerrufen. Zudem ist in jeder E-Mail ein Link zur Abbestellung des entsprechenden Newsletters enthalten.
Chemische Synthese des Materials COF-999 gelungen
Mit diesem Durchbruch werden zwei Umweltprobleme auf einmal angegangen
Eine wahre GoldgrubeDas Design und die Prozessführung sind das A und O bei der Reduktion von CO2 aus Abgasen oder der Atmosphäre
In einer hybriden Kaskade wird aus klimaschädlichem CO2 wieder wertvolles MethanolOhne jeglichen Kohlenstoff-Fußabdruck
Die ungiftige Beschichtung bietet sicherere Lösungen gegen Feuer
Start-up alteva sichert sich 1,7 Mio. Euro Pre-Seed-Finanzierung
Erstmals unerwünschtes organisches Abfallprodukt in der Redox-Flow-Batterieforschung verwendet
Mikrobiologie trifft Elektrotechnik
Forschungsergebnisse wurden an das Biotech-Start-up BioRevert übertragenForschungsteam gewinnt neue Erkenntnisse zur Genregulation des Virus, das AIDS hervorruft
Verarbeitetes rotes Fleisch mit erhöhtem Demenzrisiko verbundenBauchspeicheldrüsenkrebszellen haben einen erhöhten Spiegel an Wasserstoffperoxid
Erkenntnisse könnten hochspezifische Therapien ermöglichen, die gezielt die Schwachstellen des Krebsstoffwechsels nutzen und gesunde Zellen schonenMit einem neuen Ansatz lässt sich die Form eines ungeordneten Proteins auf zwei verschiedene Arten bestimmen – an derselben Probe
Warum eine seit langem eingesetzte Kombinationstherapie gegen schwarzen Hautkrebs besser wirkt als die EinzelwirkstoffeNeue superauflösende mikroskopische Methode entwickelt
„Es ist selten, dass ein Molekül gegen so viele verschiedene Grippeviren schützen kann“
„Wir haben eine direkte Verbindung zwischen dem Verzehr von Ballaststoffen und der Modulation von Genfunktionen gefunden, die krebshemmend wirken…“
Genetischer Werkzeugkasten im Einsatz
Verringerte neuronale Kommunikation in der Netzhaut
Neue Studie zeigt beliebte Konsumtrends rund um Pistazienprodukte
Grundlagenforschung als Basis zur Entwicklung neuer Therapieansätze
Neue Studie zeigt entscheidende Unterschiede in der Genaktivität und eröffnet personalisierte Therapieansätze
Adstringenter Geschmackseindruck ist Folge eines Schmierdefekts im Mund
Biosensoren zeigen Verhältnis von NADPH zu NADP⁺ erstmals in lebenden Zellen in Echtzeit an
„Diese neuen Erkenntnisse stellen die Dinge auf den Kopf“: Studienergebnis verändert unser Verständnis von Sonnenbrand und den Abwehrmechanismen der Haut
Neues Gadget auf der CES 2025 präsentiert
Bonner Forscher zeigen, wie Gene, die für Krankheiten relevant sind, leichter identifiziert werden können
Neuartiges Antibiotikum
29 Whey-Protein-Produkte geprüft, die per Flagge oder mit „made in Germany“ oder „Ursprungsland Deutschland“ werben.
Meta-Analyse früherer Studien deutet auf positive Wirkung hin
Neue Erkenntnisse eröffnen neue Möglichkeiten zur Bekämpfung von Überernährung und Fettleibigkeit