論文の概要: Spatially-resolved decoherence of donor spins in silicon strained by a metallic electrode

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2101.04391v1
• Date: Tue, 12 Jan 2021 10:32:01 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-17 00:42:33.187398
• Title: Spatially-resolved decoherence of donor spins in silicon strained by a metallic electrode
• Title（参考訳）: 金属電極によるシリコン中のドナースピンの空間分解脱コヒーレンス
• Authors: V. Ranjan, B. Albanese, E. Albertinale, E. Billaud, D. Flanigan, J. J. Pla, T. Schenkel, D. Vion, D. Esteve, E. Flurin, J. J. L. Morton, Y. M. Niquet, P. Bertet
• Abstract要約: ミリケルビン温度における28シリコン中の準表面ビスマスドナースピンのコヒーレンスに関する包括的研究を報告する。 磁場非感受性クロック遷移を測定することにより、電荷ノイズから表面スピンに起因する磁気ノイズを分離する。 このような表面近傍の電子スピンに対するこれらの脱コヒーレンス機構の相互作用は、量子技術への応用において重要である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Electron spins are amongst the most coherent solid-state systems known, however, to be used in devices for quantum sensing and information processing applications, they must be typically placed near interfaces. Understanding and mitigating the impacts of such interfaces on the coherence and spectral properties of electron spins is critical to realize such applications, but is also challenging: inferring such data from single-spin studies requires many measurements to obtain meaningful results, while ensemble measurements typically give averaged results that hide critical information. Here, we report a comprehensive study of the coherence of near-surface bismuth donor spins in 28-silicon at millikelvin temperatures. In particular, we use strain-induced frequency shifts caused by a metallic electrode to make spatial maps of spin coherence as a function of depth and position relative to the electrode. By measuring magnetic-field-insensitive clock transitions we separate magnetic noise caused by surface spins from charge noise. Our results include quantitative models of the strain-split spin resonance spectra and extraction of paramagnetic impurity concentrations at the silicon surface. The interplay of these decoherence mechanisms for such near-surface electron spins is critical for their application in quantum technologies, while the combination of the strain splitting and clock transition extends the coherence lifetimes by up to two orders of magnitude, reaching up to 300 ms at a mean depth of only 100nm. The technique we introduce here to spatially map coherence in near-surface ensembles is directly applicable to other spin systems of active interest, such as defects in diamond, silicon carbide, and rare earth ions in optical crystals.
• Abstract（参考訳）: 電子スピンは既知の最もコヒーレントな固体系の一つであるが、量子センシングや情報処理のデバイスで使用されるためには、通常は界面の近くに置かれなければならない。 電子スピンのコヒーレンスとスペクトル特性に対するそのような界面の影響を理解し緩和することは、そのような応用を実現する上で非常に重要であるが、単一スピンの研究からそのようなデータを推測するには、意味のある結果を得るために多くの測定が必要である。 ここでは, ミリケルビン温度における28シリコン中の表面近傍ビスマスドナースピンのコヒーレンスを包括的に研究する。 特に、金属電極によるひずみ誘起周波数シフトを用いて、スピンコヒーレンスの空間地図を電極に対する深さと位置の関数として用いる。 磁場非感受性クロック遷移の測定により、表面スピンによる磁気ノイズと電荷ノイズを分離する。 本研究は, ひずみ分離スピン共鳴スペクトルの定量的モデルとシリコン表面における常磁性不純物濃度の抽出を含む。 このような表面近傍の電子スピンに対するこれらのデコヒーレンス機構の相互作用は、量子技術におけるそれらの応用において重要であるが、歪分割とクロック遷移の組み合わせはコヒーレンス寿命を最大2桁まで延長し、平均深さ100nmで最大300msに達する。 ここで紹介する近接面アンサンブルにおけるコヒーレンスを空間的にマッピングする手法は、ダイヤモンド、炭化ケイ素、および光学結晶中の希土類イオンの欠陥など、他の活発な興味を持つスピン系に直接適用できる。

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