journal article·2025Open access

Asymmetric [Dy2] molecules deposited into micro-SQUID susceptometers: in situ characterization of their magnetic integrity

Ana Repollés, María Carmen Pallarés, David Aguilà, Olivier Roubeau, Verónica Velasco, Diego Gella, Leoní A. Barrios, María José Martínez-Pérez, Javier Sesé, Dietmar Drung, Jesús Ignacio Martínez, Thomas Schurig, Boris Le Guennic, Anabel Lostao, Guillem Aromí, Fernando Luis

Nanoscale· Volume 17· Issue 1

Abstract

The controlled integration of magnetic molecules into superconducting circuits is key to developing hybrid quantum devices. Herein, we study [Dy2] molecular dimers deposited into micro-SQUID susceptometers. The results of magnetic, heat capacity and magnetic resonance experiments, backed by theoretical calculations, show that each [Dy2] dimer fulfills the main requisites to encode a two-spin quantum processor. Arrays of between 2 × 108 and 7 × 109[Dy2] molecules were optimally integrated under ambient conditions inside the 20 μm wide loops of micro-SQUID sensors by means of dip-pen nanolithography. Equilibrium magnetic susceptibility and phonon-assisted spin tunneling dynamics measured in situ substantiate that these molecules preserve spin ground states, magnetic interactions and magnetic asymmetry that characterize them in bulk. These results show that it is possible to interface multi-qubit molecular complexes with on-chip superconducting circuits without disturbing their relevant properties and suggest the potential of soft nanolithography techniques to achieve this goal.
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Research context

OpenAlex topics: Quantum and electron transport phenomena · Physics of Superconductivity and Magnetism · Atomic and Subatomic Physics Research

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), CSIC and Universidad de Zaragoza, Plaza San Francisco s/n, 50009 Zaragoza, Spain

Laboratorio de Microscopias Avanzadas (LMA), Universidad de Zaragoza, 50018 Zaragoza, Spain

Departament de Química Inorgànica i Orgànica, Universitat de Barcelona, Diagonal 645, 08028 Barcelona, Spain

Institut of Nanoscience and Nanotechnology of the University of Barcelona (IN2UB), Barcelona, Spain

Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Abbestraße 2-12, D-10587 Berlin, Germany

Univ Rennes, CNRS, ISCR (Institut des Sciences Chimiques de Rennes) - UMR 6226, F-35000 Rennes, France

Fundación ARAID, 50018 Zaragoza, Spain

Funding

Consejo Superior de Investigaciones Científicas · Gobierno de Aragón

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