論文の概要: A multiconfigurational study of the negatively charged nitrogen-vacancy
center in diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.10156v2
- Date: Mon, 12 Oct 2020 03:23:34 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-05 02:19:27.964974
- Title: A multiconfigurational study of the negatively charged nitrogen-vacancy
center in diamond
- Title（参考訳）: ダイヤモンド中の負電荷窒素空孔中心の多構成的研究
- Authors: Churna Bhandari, Aleksander L. Wysocki, Sophia E. Economou, Pratibha
Dev and Kyungwha Park
- Abstract要約: 広帯域ギャップ半導体の深い欠陥は、量子センシングと情報応用を実現するための主要な量子ビット候補として現れている。
ここでは、単一粒子処理とは異なり、伝統的に原子/分子に予約されていた多重構成量子化学法は、これらの欠陥中心の電子状態の多体特性を正確に記述する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 55.58269472099399
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Deep defects in wide band gap semiconductors have emerged as leading qubit
candidates for realizing quantum sensing and information applications. Due to
the spatial localization of the defect states, these deep defects can be
considered as artificial atoms/molecules in a solid state matrix. Here we show
that unlike single-particle treatments, the multiconfigurational quantum
chemistry methods, traditionally reserved for atoms/molecules, accurately
describe the many-body characteristics of the electronic states of these defect
centers and correctly predict properties that single-particle treatments fail
to obtain. We choose the negatively charged nitrogen-vacancy (NV$^-$) center in
diamond as the prototype defect to study with these techniques due to its
importance for quantum information applications and because its properties are
well-known, which makes it an ideal benchmark system. By properly accounting
for electron correlations and including spin-orbit coupling and dipolar
spin-spin coupling in the quantum chemistry calculations, for the NV$^-$ center
in diamond clusters, we are able to: (i) show the correct splitting of the
ground (first-excited) triplet state into two levels (four levels), (ii)
calculate zero-field splitting values of the ground and excited triplet states,
in good agreement with experiment, and (iii) calculate the energy differences
between ground and exited spin-triplet and spin-singlet states, as well as
their ordering, which are also found to be in good agreement with recent
experimental data. The numerical procedure we have developed is general and it
can screen other color centers whose properties are not well known but
promising for applications.
- Abstract（参考訳）: 広帯域ギャップ半導体の深い欠陥は量子センシングと情報応用を実現するための量子ビット候補として浮上している。
欠陥状態の空間的局在のため、これらの深い欠陥は固体マトリックス内の人工原子/分子と見なすことができる。
本稿では,単一粒子処理とは異なり,伝統的に原子/分子に留まっていたマルチコンフィグレーション量子化学法が,欠陥中心の電子状態の多体特性を正確に記述し,単一粒子処理が得られない性質を正確に予測することを示す。
我々は、ダイヤモンドの負電荷窒素空白(nv$^-$)中心を、量子情報応用の重要性と、その特性がよく知られているため、これらの技術を研究するためのプロトタイプ欠陥として選択し、理想的なベンチマークシステムとなる。
電子相関を適切に考慮し、量子化学計算におけるスピン軌道カップリングと双極スピンスピンカップリングを含むことで、ダイヤモンドクラスターのNV$^-$中心を考えることができる。
(i)地面(第一階)の三重項状態が2段階(4段階)に正しく分割されていることを示す。
(ii)地盤及び励起三重項状態のゼロフィールド分割値を実験とよく一致して計算する。
三 地上と出口のスピン-トリップ状態とスピン-シングレット状態のエネルギー差を計算し、また、最近の実験データとよく一致していることが判明した。
私たちが開発した数値手順は一般的であり、その特性はよく知られていないが用途に有望な他の色中心を映し出すことができる。
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