Neues Verfahren eröffnet neue Möglichkeiten zur präzisen elektrischen Kontrolle von Elektronenspins –
Quantentechnologien gelten als eine Schlüsseltechnologie für leistungsfähigere Computer, sichere Kommunikation und hochpräzise Sensoren. Einzelne magnetische Moleküle sind dabei vielversprechende Bausteine für Anwendungen in der Spintronik, dem Quantencomputing oder der Quantensensorik. Aufgrund ihrer nanoskopischen Größe weisen sie ausgeprägte Quanteneigenschaften auf und können durch moderne chemische Synthese gezielt an unterschiedliche Anwendungen angepasst werden. Für ihren Einsatz in der Quanteninformationsverarbeitung ist eine präzise Kontrolle ihres quantenmechanischen Spins erforderlich. Bislang erfolgt dies meist mithilfe magnetischer Felder, die sich jedoch nur schwer auf einzelne Moleküle begrenzen lassen und zudem bloß eingeschränkt schnell schaltbar sind. Forschende aus dem QR.N-Verbund am Standort Karlsruhe haben nun einen neuen Ansatz entwickelt, mit dem sich der Spin einzelner magnetischer Moleküle auf einer Oberfläche gezielt durch elektrische Spannung steuern lässt. Die Ergebnisse wurden Ende Juni 2026 in Nature Physics veröffentlicht.
Im Paper stellen die Forschenden ein neues Verfahren zur gezielten Kontrolle von Molekülspins vor. Im Gegensatz zu magnetischen Feldern ermöglicht eine elektrische Spannung eine schnelle und lokal begrenzte Steuerung des Spins über eine effiziente spinelektrische Kopplung. Mithilfe einer Kombination aus Elektronenspinresonanz und Rastertunnelmikroskopie untersuchte das Team gezielt Eisenphthalocyanin-Moleküle (FePc) sowie Fe-FePc-Komplexe auf einer Oberfläche. Diese eignen sich aufgrund ihrer Stabilität besonders für solche Untersuchungen. Durch das Verfahren konnten die Forschenden einzelne Moleküle gezielt adressieren und ihre magnetischen Eigenschaften beziehungsweise ihren Spin mithilfe einer angelegten elektrischen Vorspannung kontrolliert verändern.
Elektrische Verfahren zur Spinkontrolle könnten künftig eine attraktive Alternative zu aufwendigen magnetischen Steuerungsmethoden darstellen. Langfristig eröffnet dieser Ansatz neue Perspektiven für die Entwicklung skalierbarer Quantencomputer sowie für Anwendungen in der Quantensensorik und Spintronik. Gleichzeitig zeigt die Arbeit, dass sich molekulare Quantensysteme präzise elektrisch kontrollieren lassen – ein wichtiger Schritt hin zu effizienteren Quantenoperationen und zukünftigen molekularen Quantentechnologien.
Quellennachweis: https://www.kit.edu/kit/pi_2026_064_molekuelspins-fuer-quantentechnologien-gezielt-elektrisch-kontrollieren.php
