論文の概要: Electrically tuned hyperfine spectrum in neutral Tb(II)(Cp$^{\rm{iPr5}}$)$_2$ single-molecule magnet

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.15798v1
• Date: Fri, 31 Jul 2020 01:48:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-07 12:56:12.794833
• Title: Electrically tuned hyperfine spectrum in neutral Tb(II)(Cp$^{\rm{iPr5}}$)$_2$ single-molecule magnet
• Title（参考訳）: 中性Tb(II)(Cp$^{\rm{iPr5}}$)$_2$単一分子磁石における電気的に調整された超微細スペクトル
• Authors: Robert L. Smith, Aleksander L. Wysocki, and Kyungwha Park
• Abstract要約: 分子電子レベルと核スピンレベルの両方を量子ビットとして用いることができる。 ドーパントを持つ固体系では、電場が核スピン量子ビットレベル間の間隔を効果的に変化させることが示されている。 この超微細スターク効果は量子コンピューティングにおける分子核スピンの応用に有用かもしれない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 64.10537606150362
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Molecular spin qubits with long spin coherence time as well as non-invasive operation methods on such qubits are in high demand. It was shown that both molecular electronic and nuclear spin levels can be used as qubits. In solid state systems with dopants, an electric field was shown to effectively change the spacing between the nuclear spin qubit levels when the electron spin density is high at the nucleus of the dopant. Inspired by such solid-state systems, we propose that divalent lanthanide (Ln) complexes with an unusual electronic configuration of Ln$^{2+}$ have a strong interaction between the Ln nuclear spin and the electronic degrees of freedom, which renders electrical tuning of the interaction. As an example, we study electronic structure and hyperfine interaction of the $^{159}$Tb nucleus in a neutral Tb(II)(Cp$^{\rm{iPr5}}$)$_2$ single-molecule magnet (SMM) using the complete active space self-consistent field method with spin-orbit interaction included within the restricted active space state interaction. Our calculations show that the low-energy states arise from $4f^8(6s,5d_{z^2})^1$, 4$f^8$(5$d_{x^2-y^2}$)$^1$, and $4f^8(5d_{xy})^1$ configurations. We compute the hyperfine interaction parameters and the electronic-nuclear spectrum within our multiconfigurational approach. We find that the hyperfine interaction is about one order of magnitude greater than that for Tb(III)Pc$_2$ SMMs. This stems from the strong Fermi contact interaction between the Tb nuclear spin and the electron spin density at the nucleus that originates from the occupation of the $(6s,5d)$ orbitals. We also uncover that the response of the Fermi contact term to electric field results in electrical tuning of the electronic-nuclear level separations. This hyperfine Stark effect may be useful for applications of molecular nuclear spins for quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 長いスピンコヒーレンス時間を持つ分子スピン量子ビットと、そのような量子ビット上の非侵襲的な操作方法が要求される。 分子電子スピンレベルと核スピンレベルの両方を量子ビットとして使用できることを示した。 ドーパントを持つ固体系では、電子スピン密度がドーパント核で高い場合、電場が核スピン量子ビットレベル間の間隔を効果的に変化させることが示されている。 このような固体系に着想を得て、Ln$^{2+}$の特異な電子配置を持つ二価ランタニド(Ln)錯体はLn核スピンと電子自由度との間に強い相互作用を持ち、相互作用の電気的チューニングを行う。 例えば、中性Tb(II)(Cp$^{\rm{iPr5}}$)$_2$単分子磁石(SMM)における$^{159}$Tb核の電子構造と超微細相互作用を、制限された活性空間状態相互作用に含まれるスピン-軌道相互作用を持つ完全活性空間自己整合磁場法を用いて研究する。 計算の結果,低エネルギー状態は4f^8(6s,5d_{z^2})^1$,4$f^8$(5$d_{x^2-y^2}$)$^1$,4f^8(5d_{xy})^1$構成から生じることがわかった。 我々は,超微細な相互作用パラメータと電子核スペクトルを多構成アプローチで計算する。 超微細相互作用は、Tb(III)Pc$_2$SMMよりも1桁大きい。 これは、Tb核スピンと6s,5d)$軌道の占有に由来する核の電子スピン密度との間の強いフェルミ接触相互作用に由来する。 また、フェルミ接触項の電場への応答が電子核レベル分離の電気的チューニングをもたらすことも明らかにした。 この超微細スターク効果は量子コンピューティングにおける分子核スピンの応用に有用かもしれない。

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