Оптическая спин-поляризация при комнатной температуре электронного спинового квдита в димере порфирина без ванадила

Фотоэкспитированные органические хромофоры, присоединённые к молекулярным кубитам, могут служить источником инициализации спина или генерации многомерных квдитов для приложений в квантовой информации. До настоящего времени этот подход в основном исследовали в системах хромофор–стабильный радикал. В настоящей работе мы распространяем эту концепцию на мещо–мешо связанный димер оксованадил(IV) порфирин–фри-бейс порфирин. Фемтосекундные эксперименты по переходной абсорбции показывают, что фотоэкситация фри-бейс порфирина приводит к образованию триплетного состояния на пикосекундном временном масштабе за счёт усиленного межсистемного перехода. Времязависимая электронная парамагнитная резонансная спектроскопия (TREPR), выполненная при 85 K и при комнатной температуре, выявляет формирование долго живущего спин-поляризованного квартетного состояния через смешение триплета и дублета. Существенно, что наблюдается отчётливая гиперфинная структура, возникающая из взаимодействия квартетного электронного спина с ядром ванадила (51V, I = 7/2), при этом квартетное состояние демонстрирует длительную спин-поляризацию даже при комнатной температуре. Теоретические моделирования TREPR-спектров подтверждают фотогенерированное квартетное состояние и дают представление о небольцмановских спиновых популяциях. Использование этого явления даёт возможность применять фотоиндуцированные триплетные состояния в порфиринах для квантовой информации в качестве ресурса для поляризации и магнитного сопряжения молекулярных электронных или ядерных спиновых кубитов и квдитов.