f纳克技术大学,丹麦技术大学物理系,丹麦2820 G材料学院,太阳YAT-SEN大学,广州510275,H中国H中心微型/纳米电子中心(Novitas),电气和电子工程学院,电气和电子工程学院,Nanyang技术大学CNRS/NTU/THALES,UMI 3288,研究技术广场,637553,新加坡†相同的贡献 *相应的作者。Karen Chan:kchan@fysik.dtu.dk; pingqi gao:gaopq3@mail.sysu.edu.cn; Hong Li:ehongli@ntu.edu.sgKaren Chan:kchan@fysik.dtu.dk; pingqi gao:gaopq3@mail.sysu.edu.cn; Hong Li:ehongli@ntu.edu.sg
对于高纯度样品,NV 中心拥有很长的相干时间,通过动态解耦可以进一步延长到接近 1 秒[3,4]。它可由微波场进行相干控制,并且对外界电场和磁场高度敏感。这些优越的特性使 NV 中心成为量子信息处理 [5-10]、超衍射极限成像 [11] 以及电场和磁场 [12-14]、温度 [15]、应力 [16]、生物结构 [17] 和化学反应 [18] 的量子传感的有希望的候选材料。此外,NV 中心可以与其他类型的量子系统耦合,例如碳纳米管 [19]、通量量子比特 [20] 和压磁超晶格 [21],可以构建有前途的混合量子器件 [22,23]。此类有吸引力的应用需要充分了解其退相干行为,包括横向和纵向弛豫[24-26],以及广泛的物理参数,如温度、磁场、杂质类型和浓度。在用于多自旋浴动力学的量子多体理论中[27-30],例如密度矩阵团簇展开[31-33]、对关联近似[34-36]和链接团簇展开[37],由作者之一 WY 发展的团簇关联展开(CCE)[38-40]已成功用于描述在大失谐区域中中心自旋耦合到多自旋浴的纯失相过程[41]。利用CCE方法,理论上预测了量子自旋池中NV中心的异常退相干效应[42],并通过实验验证了该现象[43]。有趣的是,NV中心的退相干曾被认为是实现量子计算的障碍[44,45],但现在它已被用于探测遥远的核自旋二聚体[46],并提出利用弱地磁场进行导航[40]。类似地,最近有研究表明,可以探索诸如NV中心之类的量子系统来获取玻色子池的信息[47]。
将相干光学跃迁与长寿命自旋量子比特耦合的固态量子发射器对于量子网络至关重要。我们在此报告了金刚石纳米结构中单个锡空位 (SnV) 中心的自旋和光学特性。通过低温磁光和自旋光谱,我们验证了 SnV 的反演对称电子结构,识别了自旋守恒和自旋翻转跃迁,表征了跃迁线宽,测量了电子自旋寿命,并评估了自旋失相时间。我们发现,即使在纳米制造结构中,光学跃迁也与辐射寿命极限一致。自旋寿命受声子限制,指数温度缩放导致 T 1 > 10 毫秒,相干时间 T 2 在冷却至 2.9 K 时达到核自旋浴极限。这些自旋特性超过了其他反演对称色心的自旋特性,而这些色心的类似值需要毫开尔文温度。 SnV 结合了相干光学跃迁和长自旋相干性,无需稀释制冷,是可行且可扩展的量子网络应用的有希望的候选者。
摘要 —基于密度泛函理论(DFT)计算,提出了一种关于HfO 2 基铁电器件中氧空位(Vo)的新机制。在该机制中,除了已知的o相HfO 2 之外,m相HfO 2 中的Vo不仅作为电子陷阱而且也表现出铁电性。而“唤醒”过程中剩余极化的增加主要归因于这部分Vo-m相HfO 2 铁电单元。基于新机制,开发了动力学蒙特卡罗(KMC)模拟器来量化在HfO 2 基铁电器件中观察到的典型电场循环行为,包括唤醒、疲劳、分裂和击穿效应。这种新的认识建立了Vo与循环行为之间的关系,并进一步揭示了掺杂剂与HfO 2 基铁电器件唤醒特性之间的联系。