Nanographenes em formato de ampulheta revolucionam computação quântica

Pesquisadores da Universidade Nacional de Singapura (NUS) criaram uma estratégia inovadora para projetar moléculas semelhantes ao grafeno, capazes de abrigar múltiplos spins interativos com alta resistência a perturbações magnéticas.

Essa descoberta abre caminhos promissores para tecnologias de informação quântica em escala molecular e para a nova geração de dispositivos spintrônicos.

A equipe, liderada pelo professor Lu Jiong, do Departamento de Química da NUS e do Instituto de Materiais Funcionais Inteligentes, trabalhou em colaboração com especialistas internacionais, como o professor Pavel Jelínek, da Academia de Ciências da República Tcheca. Os resultados foram publicados na revista Nature Synthesis em 21 de abril de 2026.

Os nanographenes magnéticos, formados por anéis de benzeno fundidos, despontam como materiais ideais para tecnologias quânticas por sua capacidade de armazenar e processar informações através de spins de elétrons desemparelhados. Ao contrário dos materiais magnéticos tradicionais, que dependem de átomos metálicos, esses sistemas baseados em carbono proporcionam maior flexibilidade química e tempos de coerência de spin mais prolongados.

Desenvolver uma única molécula com múltiplos spins fortemente acoplados de maneira estável e controlada representa um desafio técnico considerável. A pesquisa da NUS enfrentou essa barreira ao sintetizar dois nanographenes ampliados, identificados como C62H22 e C76H26, utilizando química de superfície com precisão atômica.

As estruturas e propriedades dessas moléculas foram analisadas por meio de microscopia de varredura por sonda, revelando avanços notáveis. Ao modificar a forma molecular em duas direções, com extensões laterais e verticais, os cientistas conseguiram controlar independentemente as interações entre elétrons e o número de modos de energia zero.

Embora ambas as moléculas possuam quatro spins desemparelhados, os mecanismos por trás desses spins diferem significativamente. Em uma delas, os spins são determinados puramente pela geometria da estrutura de carbono; na outra, resultam de uma combinação de efeitos geométricos e interações eletrônicas intensificadas.

Segundo o professor Lu, o estudo estabelece uma relação precisa entre a estrutura e as propriedades dos nanographenes em formato de ampulheta, permitindo um controle inédito sobre suas características magnéticas. Essa conquista, conforme detalhado pela Nature Synthesis, é um passo crucial para o avanço de materiais moleculares.

A equipe também avaliou a resiliência magnética das duas moléculas tetraradicais por meio de medições com microscopia de varredura equipada com sensor magnético. Uma delas mostrou maior resistência a perturbações magnéticas externas — fator essencial para aplicações como qubits moleculares, onde a preservação de estados quânticos frágeis é indispensável.

Lu enfatizou que os próximos passos incluem explorar a dinâmica de spin e os tempos de coerência em nível molecular, além de buscar o controle coerente dos spins entrelaçados. Esses desenvolvimentos prometem impulsionar de forma decisiva o campo dos qubits moleculares e dos dispositivos spintrônicos em nanoescala.

Com informações de PHYS.

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