論文の概要: Electron spin coherence on a solid neon surface
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.00589v3
- Date: Wed, 3 Aug 2022 22:58:11 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-14 20:54:58.856060
- Title: Electron spin coherence on a solid neon surface
- Title（参考訳）: 固体ネオン表面上の電子スピンコヒーレンス
- Authors: Qianfan Chen, Ivar Martin, Liang Jiang, Dafei Jin
- Abstract要約: 凝縮した希ガス液体または固体の表面に浮遊する単一の電子は、超長いコヒーレンス時間でスピンクビットとして作用する。
これまでの研究では、超流動ヘリウム表面の電子スピンコヒーレンス時間が100秒を超えることが示唆された。
固体ネオン (Ne) 表面における電子スピンコヒーレンスの理論的研究は, 固体ネオン上での単一電子電荷量子ビットの最近の実験的実現に動機づけられた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5496329090462626
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: A single electron floating on the surface of a condensed noble-gas liquid or
solid can act as a spin qubit with ultralong coherence time, thanks to the
extraordinary purity of such systems. Previous studies suggest that the
electron spin coherence time on a superfluid helium (He) surface can exceed 100
s. In this paper, we present theoretical studies of the electron spin coherence
on a solid neon (Ne) surface, motivated by our recent experimental realization
of single-electron charge qubit on solid Ne. The major spin decoherence
mechanisms investigated include the fluctuating Ne diamagnetic susceptibility
due to thermal phonons, the fluctuating thermal current in normal metal
electrodes, and the quasi-statically fluctuating nuclear spins of the $^{21}$Ne
ensemble. We find that at a typical experimental temperature about 10 mK in a
fully superconducting device, the electron spin decoherence is dominated by the
third mechanism via electron-nuclear spin-spin interaction. For natural Ne with
2700 ppm abundance of $^{21}$Ne, the estimated inhomogeneous dephasing time
$T_{2}^{*}$ is around 0.16 ms, already better than most semiconductor
quantum-dot spin qubits. For commercially available, isotopically purified Ne
with 1 ppm of $^{21}$Ne, $T_{2}^{*}$ can be $0.43$ s. Under the application of
Hahn echoes, the coherence time $T_{2}$ can be improved to $30$ ms for natural
Ne and $81$ s for purified Ne. Therefore, the single-electron spin qubits on
solid Ne can serve as promising new spin qubits.
- Abstract（参考訳）: 凝縮した希ガス液体や固体の表面に浮かぶ単一の電子は、そのような系の異常な純度のおかげで、超長いコヒーレンス時間でスピンクビットとして振る舞うことができる。
これまでの研究では、超流動ヘリウム表面の電子スピンコヒーレンス時間が100秒を超えることが示唆された。
本稿では, 固体ネオン表面における電子スピンコヒーレンスの理論的研究について述べる。
本研究のスピンデコヒーレンス機構は, 熱フォノンによるネロンの磁化率の変動, 通常の金属電極における熱電流の変動, および$^{21}$Neアンサンブルの準静電的核スピンの変動などである。
完全超伝導装置の典型的な実験温度では、電子スピンデコヒーレンスは電子-スピン相互作用による第3のメカニズムによって支配される。
2700 ppm の $^{21}$Ne を持つ自然ネの場合、推定不均一な退化時間 $T_{2}^{*}$ は約 0.16 ms であり、多くの半導体量子ドットスピン量子ビットよりも既に良い。
商業的に利用可能なneは、1ppmの$^{21}$ne、$t_{2}^{*}$が0.43$ sである。
ハーンエコーの適用により、コヒーレンス時間$T_{2}$は天然のNeに対して$30$ms、精製されたNeに対しては$81$sに改善できる。
したがって、固体Ne上の単一電子スピン量子ビットは、期待できる新しいスピン量子ビットとして機能する。
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