Chirality-Induced Spin Selectivity: An Enabling Technology for Quantum Applications.
chirality-induced spin selectivity
electron transfer
magnetic resonances
molecular nanomagnets
quantum computing
Journal
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
ISSN: 1521-4095
Titre abrégé: Adv Mater
Pays: Germany
ID NLM: 9885358
Informations de publication
Date de publication:
Jul 2023
Jul 2023
Historique:
revised:
21
02
2023
received:
15
01
2023
medline:
17
7
2023
pubmed:
12
5
2023
entrez:
12
5
2023
Statut:
ppublish
Résumé
Molecular spins are promising building blocks of future quantum technologies thanks to the unparalleled flexibility provided by chemistry, which allows the design of complex structures targeted for specific applications. However, their weak interaction with external stimuli makes it difficult to access their state at the single-molecule level, a fundamental tool for their use, for example, in quantum computing and sensing. Here, an innovative solution exploiting the interplay between chirality and magnetism using the chirality-induced spin selectivity effect on electron transfer processes is foreseen. It is envisioned to use a spin-to-charge conversion mechanism that can be realized by connecting a molecular spin qubit to a dyad where an electron donor and an electron acceptor are linked by a chiral bridge. By numerical simulations based on realistic parameters, it is shown that the chirality-induced spin selectivity effect could enable initialization, manipulation, and single-spin readout of molecular qubits and qudits even at relatively high temperatures.
Identifiants
pubmed: 37170702
doi: 10.1002/adma.202300472
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2300472Subventions
Organisme : HORIZON EUROPE Excellent Science
ID : 101071533
Organisme : Ministero dell'Istruzione, dell'Università e Ricerca
ID : Dipartimenti di Eccellenza 2023-2027
Organisme : Ministero dell'Istruzione, dell'Università e Ricerca
ID : 2017CR5WCH
Organisme : Ministero dell'Istruzione, dell'Università e Ricerca
ID : PE0000023
Organisme : Ministero dell'Istruzione, dell'Università e Ricerca
ID : SOE_0000064
Organisme : Horizon 2020 Framework Programme
ID : 862893
Organisme : National Science Foundation
ID : CHE-2154627
Informations de copyright
© 2023 The Authors. Advanced Materials published by Wiley-VCH GmbH.
Références
A. Gaita-Ariño, F. Luis, S. Hill, E. Coronado, Nat. Chem. 2019, 11, 301.
M. Atzori, R. Sessoli, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 11339.
M. R. Wasielewski, M. D. E. Forbes, N. L. Frank, K. Kowalski, G. D. Scholes, J. Yuen-Zhou, M. A. Baldo, D. E. Freedman, R. H. Goldsmith, T. Goodson, M. L. Kirk, J. K. McCusker, J. P. Ogilvie, D. A. Shultz, S. Stoll, K. B. Whaley, Nat. Rev. Chem. 2020, 4, 490.
S. Carretta, D. Zueco, A. Chiesa, A. Gómez-León, F. Luis, Appl. Phys. Lett. 2021, 118, 240501.
A. J. Heinrich, W. D. Oliver, L. M. K. Vandersypen, A. Ardavan, R. Sessoli, D. Loss, A. Bleszynski Jayich, J. Fernandez-Rossier, L. A., A. Morello, Nat. Nanotechnol. 2021, 16, 1318.
C. J. Wedge, G. A. Timco, E. T. Spielberg, R. E. George, F. Tuna, S. Rigby, E. J. L. McInnes, R. E. P. Winpenny, S. J. Blundell, A. Ardavan, Phys. Rev. Lett. 2012, 108, 107204.
M. Shiddiq, D. Komijani, Y. Duan, A. Gaita-Ariño, E. Coronado, S. Hill, Nature 2016, 531, 348.
J. M. Zadrozny, J. Niklas, O. G. Poluektov, D. E. Freedman, ACS Cent. Sci. 2015, 1, 488.
J. Zadrozny, D. E. Freedman, Inorg. Chem. 2015, 54, 12027.
M. J. Graham, J. M. Zadrozny, M. Shiddiq, J. S. Anderson, M. S. Fataftah, S. Hill, D. E. Freedman, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7623.
C.-J. Yu, M. J. Graham, J. M. Zadrozny, J. Niklas, M. D. Krzyaniak, M. R. Wasielewski, O. G. Poluektov, D. E. Freedman, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 14678.
M. Atzori, E. Morra, L. Tesi, A. Albino, M. Chiesa, L. Sorace, R. Sessoli, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 11234.
M. Atzori, L. Tesi, E. Morra, M. Chiesa, L. Sorace, R. Sessoli, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2154.
M. Atzori, L. Tesi, S. Benci, A. Lunghi, R. Righini, A. Taschin, R. Torre, L. Sorace, R. Sessoli, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4338.
M. Atzori, S. Benci, E. Morra, L. Tesi, M. Chiesa, R. Torre, L. Sorace, R. Sessoli, Inorg. Chem. 2018, 57, 731.
L. Tesi, E. Lucaccini, I. Cimatti, M. Perfetti, M. Mannini, M. Atzori, E. Morra, M. Chiesa, A. Caneschi, L. Sorace, R. Sessoli, Chem. Sci. 2016, 7, 2074.
R. Hussain, G. Allodi, A. Chiesa, E. Garlatti, D. Mitcov, A. Konstantatos, K. Pedersen, R. D. Renzi, S. Piligkos, S. Carretta, J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 9814.
S. Chicco, A. Chiesa, G. Allodi, M. Garlatti, E. Atzori, L. Sorace, R. De Renzi, R. Sessoli, S. Carretta, Chem. Sci. 2021, 12, 12046.
J. Liu, J. Mrozek, A. Ullah, Y. Duan, J. J. Baldoví, E. Coronado, A. Gaita-Ariño, A. Ardavan, Nat. Phys. 2021, 17, 1205.
A. Ardavan, A. M. Bowen, A. Fernandez, A. J. Fielding, D. Kaminski, F. Moro, C. A. Muryn, M. D. Wise, A. Ruggi, E. J. L. McInnes, K. Severin, G. A. Timco, C. R. Timmel, F. Tuna, G. F. S. Whitehead, R. E. P. Winpenny, npj Quantum Inf. 2015, 1, 15012.
D. Aguilà, D. Barrios, V. Velasco, O. Roubeau, A. Repollés, P. Alonso, J. Sesé, S. Teat, F. Luis, G. Aromí, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14215.
J. Ferrando-Soria, E. Moreno-Pineda, A. Chiesa, A. Fernandez, S. A. Magee, S. Carretta, P. Santini, I. Vitorica-Yrezabal, F. Tuna, E. J. L. McInness, R. E. P. Winpenny, Nat. Commun. 2016, 7, 11377.
D. Ranieri, F. Santanni, A. Privitera, A. Albino, E. Salvadori, M. Chiesa, F. Totti, L. Sorace, R. Sessoli, Chem. Sci. 2023, 14, 61.
A. Chiesa, G. F. S. Whitehead, S. Carretta, L. Carthy, G. A. Timco, S. J. Teat, G. Amoretti, E. Pavarini, R. E. P. Winpenny, P. Santini, Sci. Rep. 2014, 4, 7423.
J. Ferrando-Soria, S. A. Magee, A. Chiesa, S. Carretta, P. Santini, I. J. Vitorica-Yrezabal, F. Tuna, G. F. S. Whitehead, S. Sproules, K. M. Lancaster, A.-L. Barra, G. A. Timco, E. J. L. McInnes, R. E. P. Winpenny, Chem 2016, 1, 727.
M. Atzori, A. Chiesa, E. Morra, M. Chiesa, L. Sorace, S. Carretta, R. Sessoli, Chem. Sci. 2018, 9, 6183.
S. J. Lockyer, A. Chiesa, A. Brookfield, G. A. Timco, G. F. S. Whitehead, E. J. L. McInnes, S. Carretta, R. E. P. Winpenny, J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 16086.
C. Godfrin, A. Ferhat, R. Ballou, S. Klyatskaya, M. Ruben, W. Wernsdorfer, F. Balestro, Phys. Rev. Lett. 2017, 119, 187702.
E. Moreno-Pineda, C. Godfrin, F. Balestro, W. Wernsdorfer, M. Ruben, Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 501.
K. Bader, D. Dengler, S. Lenz, B. Endeward, S.-D. Jiang, P. Neugebauer, J. van Slageren, Nat. Commun. 2014, 5, 5304.
G. A. Timco, S. Carretta, F. Troiani, F. Tuna, R. J. Pritchard, C. A. Muryn, E. J. L. McInnes, A. Ghirri, A. Candini, P. Santini, G. Amoretti, M. Affronte, R. E. P. Winpenny, Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 173.
A. Chiesa, E. Macaluso, F. Petiziol, S. Wimberger, P. Santini, S. Carretta, J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 8610.
E. Macaluso, M. Rubín, D. Aguilà, A. Chiesa, J. I. M. L. A. Barrios, P. J. Alonso, O. Roubeau, F. Luis, G. Aromí, S. Carretta, Chem. Sci. 2020, 11, 10337.
A. Chiesa, F. Petiziol, M. Chizzini, P. Santini, S. Carretta, J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 6468.
A. Cornia, M. Mannini, P. Sainctavit, R. Sessoli, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 3076.
B. W. Heinrich, L. Braun, J. I. Pascual, K. J. Franke, Nat. Phys. 2013, 9, 765.
L. Malavolti, M. Briganti, M. Hänze, G. Serrano, I. Cimatti, G. McMurtrie, E. Otero, P. Ohresser, F. Totti, M. Mannini, R. Sessoli, S. Loth, Nano Lett. 2018, 18, 7955.
G. Serrano, L. Poggini, M. Briganti, A. L. Sorrentino, G. Cucinotta, L. Malavolti, B. Cortigiani, E. Otero, P. Sainctavit, S. Loth, F. Parenti, A.-L. Barra, A. Vindigni, A. Cornia, F. Totti, M. Mannini, R. Sessoli, Nat. Mater. 2020, 19, 546.
S. M. F. Shahed, F. Ara, M. I. Hossain, K. Katoh, M. Yamashita, T. Komeda, ACS Nano 2022, 16, 7651.
M. Briganti, G. Serrano, L. Poggini, A. L. Sorrentino, B. Cortigiani, L. C. de Camargo, J. F. Soares, A. Motta, A. Caneschi, M. Mannini, F. Totti, R. Sessoli, Nano Lett. 2022, 22, 8626.
C. Bonizzoni, A. Ghirri, F. Santanni, M. Atzori, L. Sorace, R. Sessoli, M. Affronte, npj Quantum Inf. 2020, 6, 68.
V. Rollano, M. C. de Ory, C. D. Buch, M. Rubín-Osanz, D. Zueco, C. Sánchez-Azqueta, A. Chiesa, D. Granados, S. Carretta, A. Gomez, S. Piligkos, F. Luis, Commun. Phys. 2022, 5, 246.
S. Schulte, N. Néel, L. Rózsa, K. Palotás, J. Kröger, Nano Lett. 2023, 23, 162.
J. O. Island, R. Gaudenzi, J. de Bruijckere, E. Burzurí, C. Franco, M. Mas-Torrent, C. Rovira, J. Veciana, T. M. Klapwijk, R. Aguado, H. S. J. van der Zant, Phys. Rev. Lett. 2017, 118, 117001.
F. Tacchino, A. Chiesa, R. Sessoli, I. Tavernelli, S. Carretta, J. Mater. Chem. C 2021, 9, 10266.
I. Gimeno, A. Urtizberea, J. Román-Roche, D. Zueco, A. Camón, P. J. Alonso, O. Roubeau, F. Luis, Chem. Sci. 2021, 12, 5621.
M. Chizzini, L. Crippa, A. Chiesa, F. Tacchino, F. Petiziol, I. Tavernelli, P. Santini, S. Carretta, Phys. Rev. Res. 2022, 4, 043135.
F. Petiziol, A. Chiesa, S. Wimberger, P. Santini, S. Carretta, npj Quantum Inf. 2021, 7, 133.
M. Chizzini, L. Crippa, L. Zaccardi, E. Macaluso, S. Carretta, A. Chiesa, P. Santini, Phys. Chem. Chem. Phys. 2022, 24, 20030.
S. L. Bayliss, D. W. Laorenza, P. J. Mintun, B. D. Kovos, D. E. Freedman, D. D. Awschalom, Science 2020, 370, 1309.
D. W. Laorenza, D. E. Freedman, J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 21810.
S. M. Harvey, M. R. Wasielewski, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 15508.
R. Naaman, Y. Paltiel, D. H. Waldeck, Nat. Rev. Chem. 2019, 3, 250.
R. Naaman, Y. Paltiel, D. H. Waldeck, J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 3660.
R. Naaman, Y. Paltiel, D. H. Waldeck, Acc. Chem. Res. 2020, 53, 2659.
C. D. Aiello, J. M. Abendroth, M. Abbas, A. Afanasev, S. Agarwal, A. S. Banerjee, D. N. Beratan, J. N. Belling, B. Berche, A. Botana, J. R. Caram, G. L. Celardo, G. Cuniberti, A. Garcia-Etxarri, A. Dianat, I. Diez-Perez, Y. Guo, R. Gutierrez, C. Herrmann, J. Hihath, S. Kale, P. Kurian, Y.-C. Lai, T. Liu, A. Lopez, E. Medina, V. Mujica, R. Naaman, M. Noormandipour, J. L. Palma, et al., ACS Nano 2022, 16, 4989.
A. Forment-Aliaga, A. Gaita-Ariño, J. Appl. Phys. 2022, 132, 180901.
E. Z. B. Smolinsky, A. Neubauer, A. Kumar, S. Yochelis, E. Capua, R. Carmieli, Y. Paltiel, R. Naaman, K. Michaeli, J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 1139.
S. Ghosh, S. Mishra, E. Avigad, B. P. Bloom, L. T. Baczewski, S. Yochelis, Y. Paltiel, R. Naaman, D. H. Waldeck, J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 1550.
K. Banerjee-Ghosh, O. Ben Dor, F. Tassinari, E. Capua, S. Yochelis, A. Capua, S.-H. Yang, S. S. P. Parkin, S. Sarkar, L. Kronik, L. T. Baczewski, R. Naaman, Y. Paltiel, Science 2018, 360, 1331.
A. C. Aragonès, E. Medina, M. Ferrer-Huerta, N. Gimeno, M. Teixidó, J. L. Palma, N. Tao, J. M. Ugalde, E. Giralt, I. Díez-Pérez, V. Mujica, Small 2017, 13, 1602519.
I. Carmeli, K. S. Kumar, O. Heifler, C. Carmeli, R. Naaman, Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 8953.
F. Evers, A. Aharony, N. Bar-Gill, O. Entin-Wohlman, P. Hedegård, O. Hod, P. Jelinek, G. Kamieniarz, M. Lemeshko, K. Michaeli, V. Mujica, R. Naaman, Y. Paltiel, S. Refaely-Abramson, O. Tal, J. Thijssen, M. Thoss, J. M. van Ruitenbeek, L. Venkataraman, D. H. Waldeck, B. Yan, L. Kronik, Adv. Mater. 2022, 34, 2106629.
J. Fransson, J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 7126.
J. Fransson, Phys. Rev. B 2020, 102, 235416.
J. Fransson, Nano Lett. 2021, 21, 3026.
T. P. Fay, J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 1407.
J. Luo, P. J. Hore, New J. Phys. 2021, 23, 043032.
A. Chiesa, M. Chizzini, E. Garlatti, E. Salvadori, F. Tacchino, P. Santini, I. Tavernelli, R. Bittl, M. Chiesa, R. Sessoli, S. Carretta, J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 6341.
A. Privitera, E. Macaluso, A. Chiesa, A. Gabbani, D. Faccio, D. Giuri, M. Briganti, N. Giaconi, F. Santanni, N. Jarmouni, L. Poggini, M. Mannini, M. Chiesa, C. Tomasini, F. Pineider, E. Salvadori, S. Carretta, R. Sessoli, Chem. Sci. 2022, 13, 12208.
D. P. DiVincenzo, Fortschr. Phys. 2000, 48, 771.
R. A. Marcus, J. Chem. Phys. 1956, 24, 966.
R. A. Marcus, J. Chem. Phys. 1965, 43, 679.
N. S. Hush, J. Chem. Phys. 1958, 28, 962.
J. Ulstrup, J. Jortner, J. Chem. Phys. 1975, 63, 4358.
A. Weller, Z. Phys. Chem. 1982, 133, 93.
M. C. Thurnauer, J. R. Norris, Chem. Phys. Lett. 1980, 76, 557.
G. L. Closs, M. D. E. Forbes, J. R. Norris, J. Phys. Chem. 1987, 91, 3592.
C. Buckley, D. Hunter, P. Hore, K. McLauchlan, Chem. Phys. Lett. 1987, 135, 307.
D. Stehlik, C. H. Bock, J. Petersen, J. Phys. Chem. 1989, 93, 1612.
R. Bittl, A. van der Est, A. Kamlowski, W. Lubitz, D. Stehlik, Chem. Phys. Lett. 1994, 226, 349.
For exceptions making use of recombination luminescence see, for example, the review [83], or [84,85].
V. A. Bagryansky, V. I. Borovkov, Y. N. Molin, Russ. Chem. Rev. 2007, 76, 493.
P. Gilch, F. Pällinger-Dammer, C. Musewald, M. E. Michel-Beyerle, U. E. Steiner, Science 1998, 281, 982.
D. Mims, J. Herpich, N. N. Lukzen, U. E. Steiner, C. Lambert, Science 2021, 374, 1470.
K. M. Salikhov, C. H. Bock, D. Stehlik, Appl. Magn. Reson. 1990, 1, 195.
K. M. Salikhov, Y. E. Kandrashkin, A. K. Salikhov, Appl. Magn. Reson. 1992, 3, 199.
E. Goovaerts, eMagRes 2017, 6, 343.
S. S. Kim, S. Weissman, J. Magn. Reson. (1969) 1976, 24, 167.
S. Weber, in Transient EPR, Wiley, New York 2017, pp. 255-270.
S. A. Dzuba, P. Gast, A. J. Hoff, Chem. Phys. Lett. 1995, 236, 595.
R. Bittl, S. G. Zech, J. Phys. Chem. B 1997, 101, 1429.
R. Bittl, G. Kothe, Chem. Phys. Lett. 1991, 177, 547.
G. Kothe, S. Weber, R. Bittl, E. Ohmes, M. C. Thurnauer, J. R. Norris, Chem. Phys. Lett. 1991, 186, 474.
K. Laukenmann, S. Weber, G. Kothe, C. Oesterle, A. Angerhofer, M. R. Wasielewski, W. A. Svec, J. R. Norris, J. Phys. Chem. 1995, 99, 4324.
S. Pirandola, J. Eisert, C. Weedbrook, A. Furusawa, S. L. Braunstein, Nat. Photonics 2015, 9, 641.
B. K. Rugg, M. D. Krzyaniak, B. T. Phelan, M. A. Ratner, R. M. Young, M. R. Wasielewski, Nat. Chem. 2019, 11, 981.
B. K. Rugg, K. E. Smyser, B. Fluegel, C. H. Chang, K. J. Thorley, S. Parkin, J. E. Anthony, J. D. Eaves, J. C. Johnson, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2022, 119, e2201879119.
N. E. Horwitz, B. T. Phelan, J. N. Nelson, M. D. Krzyaniak, M. R. Wasielewski, J. Phys. Chem. A 2016, 120, 2841.
N. E. Horwitz, B. T. Phelan, J. N. Nelson, C. M. Mauck, M. D. Krzyaniak, M. R. Wasielewski, J. Phys. Chem. A 2017, 121, 4455.
M. T. Colvin, R. Carmieli, T. Miura, S. Richert, D. M. Gardner, A. L. Smeigh, S. M. Dyar, S. M. Conron, M. A. Ratner, M. R. Wasielewski, J. Phys. Chem. A 2013, 117, 5314.
Q. Mi, E. T. Chernick, D. W. McCamant, E. A. Weiss, M. A. Ratner, M. R. Wasielewski, J. Phys. Chem. A 2006, 110, 7323.
J. N. Nelson, J. Zhang, J. Zhou, B. K. Rugg, M. D. Krzyaniak, M. R. Wasielewski, J. Chem. Phys. 2020, 152, 014503.
S. Nakazawa, S. Nishida, T. Ise, T. Yoshino, N. Mori, R. D. Rahimi, K. Sato, Y. Morita, K. Toyota, D. Shiomi, M. Kitagawa, H. Hara, P. Carl, P. Höfer, T. Takui, Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9860.
A. Fernandez, E. Moreno Pineda, C. A. Muryn, S. Sproules, F. Moro, G. A. Timco, E. J. L. McInnes, R. E. P. Winpenny, Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 10858.
J. H. Olshansky, S. M. Harvey, M. L. Pennel, M. D. Krzyaniak, R. D. Schaller, M. R. Wasielewski, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 13590.
D. H. Waldeck, R. Naaman, Y. Paltiel, APL Mater. 2021, 9, 040902.
S. Mishra, A. K. Mondal, S. Pal, T. K. Das, E. Z. B. Smolinsky, G. Siligardi, R. Naaman, J. Phys. Chem. C 2020, 124, 10776.
The fact that the conductivity for the up magnetization is larger both for positive and negative voltages is due to the combined effect of CISS and opposite spins of the moving electrons at opposite voltages (in a setup with only one magnetic lead).
C. Kulkarni, A. K. Mondal, T. K. Das, G. Grinbom, F. Tassinari, M. F. J. Mabesoone, E. W. Meijer, R. Naaman, Adv. Mater. 2020, 32, 1904965.
H. Lu, J. Wang, C. Xiao, X. Pan, X. Chen, R. Brunecky, J. J. Berry, K. Zhu, M. C. Beard, Z. V. Vardeny, Sci. Adv. 2019, 5, eaay0571.
Y. Lu, Q. Wang, R. He, F. Zhou, X. Yang, D. Wang, H. Cao, W. He, F. Pan, Z. Yang, C. Song, Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 23578.
U. Huizi-Rayo, J. Gutierrez, J. M. Seco, V. Mujica, I. Diez-Perez, J. M. Ugalde, A. Tercjak, J. Cepeda, E. San Sebastian, Nano Lett. 2020, 20, 8476.
R. Rodríguez, C. Naranjo, A. Kumar, P. Matozzo, T. K. Das, Q. Zhu, N. Vanthuyne, R. Gómez, R. Naaman, L. Sánchez, J. Crassous, J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 7709.
T. N. H. Nguyen, L. Rasabathina, O. Hellwig, A. Sharma, G. Salvan, S. Yochelis, Y. Paltiel, L. T. Baczewski, C. Tegenkamp, ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 38013.
J. Gersten, K. Kaasbjerg, A. Nitzan, J. Chem. Phys. 2013, 139, 114111.
M. Kettner, V. V. Maslyuk, D. Nürenberg, J. Seibel, R. Gutierrez, G. Cuniberti, K.-H. Ernst, H. Zacharias, J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 2025.
Y. Adhikari, T. Liu, H. Wang, Z. Hua, H. Liu, E. Lochner, P. Schlottmann, B. Yan, J. Zhao, P. Xiong, arXiv:2209.08117, 2022.
C. Fontanesi, E. Capua, Y. Paltiel, D. H. Waldeck, R. Naaman, Adv. Mater. 2018, 30, 1707390.
It remains to understand which part of the electron transfer through photosystems I causes the observed spin selective transport. Indeed, trEPR on the RP P700+·$_{700}^{+\cdot }$A1−·$_1^{-\cdot }$ in photosystem I at ambient as well as at low temperatures point to an initially populated singlet spin state.[94,121]
S. Weber, T. Berthold, E. Ohmes, M. C. Thurnauer, J. R. Norris, G. Kothe, Appl. Magn. Reson. 1996, 11, 461.
B. P. Bloom, B. M. Graff, S. Ghosh, D. N. Beratan, D. H. Waldeck, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 9038.
A. Kumar, E. Capua, M. K. Kesharwani, J. M. L. Martin, E. Sitbon, D. H. Waldeck, R. Naaman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2017, 114, 2474.
F. Tassinari, J. Steidel, S. Paltiel, C. Fontanesi, M. Lahav, Y. Paltiel, R. Naaman, Chem. Sci. 2019, 10, 5246.
O. B. Dor, S. Yochelis, A. Radko, K. Vankayala, E. Capua, A. Capua, S.-H. Yang, L. T. Baczewski, S. S. P. Parkin, R. Naaman, Y. Paltiel, Nat. Commun. 2017, 8, 14567.
T. K. Das, F. Tassinari, R. Naaman, J. Fransson, J. Phys. Chem. C 2022, 126, 3257.
S. S. Chandran, Y. Wu, H.-H. Teh, D. H. Waldeck, J. E. Subotnik, J. Chem. Phys. 2022, 156, 174113.
T. P. Fay, D. T. Limmer, Nano Lett. 2021, 21, 6696.
L. M. K. Vandersypen, H. Bluhm, J. S. Clarke, A. S. Dzurak, R. Ishihara, A. Morello, D. J. Reilly, L. R. Schreiber, M. Veldhorst, npj Quantum Inf. 2017, 3, 34.
The sequence is a simplified version (in quantum information terminology) of the three controlled-NOT operations yielding a SWAP gate between the states of A and Q. If we are not interested in the final state of A, we can reduce the sequence to only two pulses, even in case of incomplete polarization (due to limited CISS efficiency) and for any initial state of Q.
A. S. Lukas, P. J. Bushard, M. R. Wasielewski, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2440.
A. Farazdel, M. Dupuis, E. Clementi, A. Aviram, J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 4206.
P. Li, P. Song, Q. Zhou, C. Du, Y. Ding, L. Xia, J. Lumin. 2016, 177, 325.
H. J. Lee, T. Shimizu, H. Funakubo, Y. Imai, O. Sakata, S. H. Hwang, T. Y. Kim, C. Yoon, C. Dai, L. Q. Chen, S. Y. Lee, J. Y. Jo, Phys. Rev. Lett. 2019, 123, 217601.
T. Heeren, J. Camp, J. Kolb, K. Schoenbach, S. Katsuki, H. Akiyama, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2007, 14, 884.
A. R. Ruiz-Fernández, L. Campos, S. E. Gutierrez-Maldonado, G. Núñez, F. Villanelo, T. Perez-Acle, Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 11.
A. Chatterjee, P. Stevenson, S. De Franceschi, A. Morello, N. P. de Leon, F. Kuemmeth, Nat. Rev. Phys. 2021, 3, 157.
L. P. Kouwenhoven, C. M. Marcus, P. L. McEuen, S. Tarucha, R. M. Westervelt, N. S. Wingreen, in Electron Transport in Quantum Dots, Springer, Dordrecht, The Netherlands 1997, pp. 105-214.
M. R. Hummon, A. J. Stollenwerk, V. Narayanamurti, P. O. Anikeeva, M. J. Panzer, V. Wood, V. Bulović, Phys. Rev. B 2010, 81, 115439.
J. M. Elzerman, R. Hanson, L. H. Willems van Beveren, B. Witkamp, L. M. K. Vandersypen, L. P. Kouwenhoven, Nature 2004, 430, 431.
J. R. Petta, A. C. Johnson, J. M. Taylor, E. A. Laird, A. Yacoby, M. D. Lukin, C. M. Marcus, M. P. Hanson, A. C. Gossard, Science 2005, 309, 2180.
C. H. Yang, W. H. Lim, F. A. Zwanenburg, A. S. Dzurak, AIP Adv. 2011, 1, 042111.
A. Morello, J. J. Pla, F. A. Zwanenburg, K. W. Chan, K. Y. Tan, H. Huebl, M. Möttönen, C. D. Nugroho, C. Yang, J. A. van Donkelaar, A. D. C. Alves, D. N. Jamieson, C. C. Escott, L. C. L. Hollenberg, R. G. Clark, A. S. Dzurak, Nature 2010, 467, 687.
C. H. Yang, R. C. C. Leon, J. C. C. Hwang, A. Saraiva, T. Tanttu, W. Huang, J. Camirand Lemyre, K. W. Chan, K. Y. Tan, F. E. Hudson, K. M. Itoh, A. Morello, M. Pioro-Ladrière, A. Laucht, A. S. Dzurak, Nature 580, 350.
F. Elste, C. Timm, Phys. Rev. B 2005, 71, 155403.
A. Chiesa, E. Macaluso, P. Santini, S. Carretta, E. Pavarini, Phys. Rev. B 2019, 99, 235145.
D. L. Klein, P. L. McEuen, J. E. B. Katari, R. Roth, A. P. Alivisatos, Appl. Phys. Lett. 1996, 68, 2574.
M. Alves-Santos, R. D. Felice, G. Goldoni, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 3776.
D. V. Redžic, Am. J. Phys. 1994, 62, 1118.
J. A. Stratton, Electromagnetic Theory, McGraw-Hill, New York 1941.
Introducing Molecular Electronics, Vol. 680, (Eds: G. Cuniberti, K. Richter, G. Fagas), Springer, Berlin, Heidelberg 2006.
The two qubits can be made distinguishable by using slightly different gi, which does not prevent implementation of the iSWAPα gate, for instance by using a longitudinal magnetic field drive.[153]
S. J. Lockyer, A. Chiesa, G. A. Timco, E. J. L. McInnes, T. S. Bennett, I. J. Vitorica-Yrezebal, S. Carretta, R. E. P. Winpenny, Chem. Sci. 2021, 12, 9104.
M. Natali, S. Campagna, F. Scandola, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 4005.
A. L. Efros, M. Rosen, M. Kuno, M. Nirmal, D. J. Norris, M. Bawendi, Phys. Rev. B 1996, 54, 4843.
A. K. Mondal, M. D. Preuss, M. L. Sleczkowski, T. K. Das, G. Vantomme, E. W. Meijer, R. Naaman, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 7189.
A. Privitera, D. Faccio, D. Giuri, D. Genovese, F. Tassinari, L. Mummolo, M. Chiesa, C. Fontanesi, E. Salvadori, A. Cornia, C. Tomasini, R. Sessoli, ChemRxiv 2020, https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2022-dx58w
L. Garbuio, S. Antonello, I. Guryanov, Y. Li, M. Ruzzi, N. J. Turro, F. Maran, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10628.
T. Morita, S. Kimura, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 8732.
Y. Arikuma, H. Nakayama, T. Morita, S. Kimura, Langmuir 2011, 27, 1530.
R. Naaman, D. H. Waldeck, J. Fransson, J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 11753.
M. R. Wasielewski, M. P. Niemczyk, D. G. Johnson, W. A. Svec, D. W. Minsek, Tetrahedron 1989, 45, 4785.
T. Mani, Chem. Phys. Rev. 2022, 3, 021301.
P. K. Poddutoori, N. Zarrabi, A. G. Moiseev, R. Gumbau-Brisa, S. Vassiliev, A. van der Est, Chem. Eur. J. 2013, 19, 3148.
M. Di Valentin, A. Bisol, G. Agostini, P. A. Liddell, G. Kodis, A. L. Moore, T. A. Moore, D. Gust, D. Carbonera, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 14401.
M. Gingras, G. Félix, R. Peresutti, Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 1007.
V. Kiran, S. P. Mathew, S. R. Cohen, I. Hernández Delgado, J. Lacour, R. Naaman, Adv. Mater. 2016, 28, 1957.
Y. Liang, K. Banjac, K. Martin, N. Zigon, S. Lee, N. Vanthuyne, F. A. Garcés-Pineda, J. R. Galán-Mascarós, X. Hu, N. Avarvari, M. Lingenfelder, Nat. Commun. 2022, 13, 3356.
W. Mtangi, V. Kiran, C. Fontanesi, R. Naaman, J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 4916.
K. Dhbaibi, L. Abella, S. Meunier-Della-Gatta, T. Roisnel, N. Vanthuyne, B. Jamoussi, G. Pieters, B. Racine, E. Quesnel, J. Autschbach, J. Crassous, L. Favereau, Chem. Sci. 2021, 12, 5522.
Y.-Z. Dai, B.-W. Dong, Y. Kao, Z.-Y. Wang, H.-I. Un, Z. Liu, Z.-J. Lin, L. Li, F.-B. Xie, Y. Lu, M.-X. Xu, T. Lei, Y.-J. Sun, J.-Y. Wang, S. Gao, S.-D. Jiang, J. Pei, ChemPhysChem 2018, 19, 2972.
F. Lombardi, A. Lodi, J. Ma, J. Liu, M. Slota, A. Narita, W. K. Myers, K. Müllen, X. Feng, L. Bogani, Science 2019, 366, 1107.
A. M. Ariciu, D. H. Woen, D. N. Huh, L. E. Nodaraki, A. K. Kostopoulos, C. A. P. Goodwin, N. F. Chilton, E. J. L. McInnes, R. E. P. Winpenny, W. J. Evans, F. Tuna, Nat. Commun. 2019, 10, 3330.
T. Liu, X. Wang, H. Wang, G. Shi, F. Gao, H. Feng, H. Deng, L. Hu, E. Lochner, P. Schlottmann, S. von Molnár, Y. Li, J. Zhao, P. Xiong, ACS Nano 2020, 14, 15983.
A. Lunghi, S. Sanvito, Sci. Adv. 2019, 5, eaax7163.
A. Albino, S. Benci, M. Atzori, L. Chelazzi, S. Ciattini, A. Taschin, P. Bartolini, A. Lunghi, R. Righini, R. Torre, F. Totti, R. Sessoli, J. Phys. Chem. C 2021, 125, 22100.
A. Lunghi, Sci. Adv. 2022, 8, eabn7880.
M. J. Amdur, K. R. Mullin, M. J. Waters, D. Puggioni, M. K. Wojnar, M. Gu, L. Sun, P. H. Oyala, J. M. Rondinelli, D. E. Freedman, Chem. Sci. 2022, 13, 7034.
E. Garlatti, A. Albino, S. Chicco, V. Nguyen, F. Santanni, L. Paolasini, C. Mazzoli, R. Caciuffo, F. Totti, P. Santini, R. Sessoli, A. Lunghi, S. Carretta, Nat. Commun. 2023.
C. F. Koelsch, J. Am. Chem. Soc. 1957, 79, 4439.
Y. H. Huang, M. D. Krzyaniak, R. M. Young, M. R. Wasielewski, Appl. Magn. Reson. 2022, 53, 949.
H. Mao, R. M. Young, M. D. Krzyaniak, M. R. Wasielewski, J. Phys. Chem. B 2022, 126, 10519.
S. Nakazawa, S. Nishida, T. Ise, T. Yoshino, N. Mori, R. D. Rahimi, K. Sato, Y. Morita, K. Toyota, D. Shiomi, M. Kitagawa, H. Hara, P. Carl, P. Häfer, T. Takui, Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9860.
S. von Kugelgen, M. D. Krzyaniak, M. Q. Gu, D. Puggioni, J. M. Rondinelli, M. R. Wasielewski, D. E. Freedman, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 8069.
E. R. Canarie, S. M. Jahn, S. Stoll, J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 3396.
M. J. Graham, C. J. Yu, M. D. Krzyaniak, M. R. Wasielewski, D. E. Freedman, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 3196.
C. Godfrin, A. Ferhat, R. Ballou, S. Klyatskaya, M. Ruben, W. Wernsdorfer, F. Balestro, Phys. Rev. Lett. 2017, 119, 187702.
M. Atzori, E. Garlatti, G. Allodi, S. Chicco, A. Chiesa, A. Albino, R. D. Renzi, E. Salvadori, M. Chiesa, S. Carretta, L. Sorace, Inorg. Chem. 2021, 60, 11273.
T. Yamabayashi, M. Atzori, L. Tesi, G. Cosquer, F. Santanni, M.-E. Boulon, E. Morra, S. Benci, R. Torre, M. Chiesa, L. Sorace, R. Sessoli, M. Yamashita, J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 12090.
J. M. Van Raden, D. I. Alexandropoulos, M. Slota, S. Sopp, T. Matsuno, A. L. Thompson, H. Isobe, H. L. Anderson, L. Bogani, J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 8693.
K. Likharev, Proc. IEEE 1999, 87, 606.
J. Jalil, Y. Zhu, C. Ekanayake, Y. Ruan, Nanotechnology 2017, 28, 142002.
F. J. Schupp, J. Mater. Sci. Technol. 2017, 33, 944.
S. J. Shin, C. S. Jung, B. J. Park, T. K. Yoon, J. J. Lee, S. J. Kim, J. B. Choi, Y. Takahashi, D. G. Hasko, Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 103101.
S. J. Shin, J. J. Lee, H. J. Kang, J. B. Choi, S.-R. E. Yang, Y. Takahashi, D. G. Hasko, Nano Lett. 2011, 11, 1591.
A. S. Katkar, S. P. Gupta, C. Granata, C. Nappi, W. Prellier, L.-J. Chen, P. S. Walke, ACS Appl. Electron. Mater. 2020, 2, 1843.
N. P. de Leon, K. M. Itoh, D. Kim, K. K. Mehta, T. E. Northup, H. Paik, B. S. Palmer, N. Samarth, S. Sangtawesin, D. W. Steuerman, Science 2021, 372, eabb2823.
S. Willing, H. Lehmann, M. Volkmann, C. Klinke, Sci. Adv. 2017, 3, e1603191.
R. P. Andres, T. Bein, M. Dorogi, S. Feng, J. I. Henderson, C. P. Kubiak, W. Mahoney, R. G. Osifchin, R. Reifenberger, Science 1996, 272, 1323.
H. Park, J. Park, A. K. L. Lim, E. H. Anderson, A. P. Alivisatos, P. L. McEuen, Nature 2000, 407, 57.
L. Torsi, M. Magliulo, K. Manoli, G. Palazzo, Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 8612.
Y. Guo, C.-A. Di, S. Ye, X. Sun, J. Zheng, Y. Wen, W. Wu, G. Yu, Y. Liu, Adv. Mater. 2009, 21, 1954.
L. A. Frolova, P. A. Troshin, D. K. Susarova, A. V. Kulikov, N. A. Sanina, S. M. Aldoshin, Chem. Commun. 2015, 51, 6130.
Y. J. Jeong, D.-J. Yun, S. H. Kim, J. Jang, C. E. Park, ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 11759.
L. A. Frolova, Y. Furmansky, A. F. Shestakov, N. A. Emelianov, P. A. Liddell, D. Gust, I. Visoly-Fisher, P. A. Troshin, ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 15461.
D. Kaplan, I. Solomon, N. F. Mott, J. Phys. Lett. 1978, 39, 51.
A. Honig, Phys. Rev. Lett. 1966, 17, 186.
R. Maxwell, A. Honig, Phys. Rev. Lett. 1966, 17, 188.
D. J. Lepine, Phys. Rev. B 1972, 6, 436.
L. A. Ladd, W. Paul, Solid State Commun. 1969, 7, 425.
C. Boehme, K. Lips, Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 246603.
P. C. Y. Chow, N. Matsuhisa, P. Zalar, M. Koizumi, T. Yokota, T. Someya, Nat. Commun. 2018, 9, 4546.
M. Nikolka, D. Simatos, A. Foudeh, R. Pfattner, I. McCulloch, Z. Bao, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 40581.