論文の概要: Probing dynamics of a two-dimensional dipolar spin ensemble using single qubit sensor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.10688v2
• Date: Thu, 20 Jul 2023 19:42:02 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-24 16:45:57.365383
• Title: Probing dynamics of a two-dimensional dipolar spin ensemble using single qubit sensor
• Title（参考訳）: 単一量子ビットセンサを用いた2次元双極子スピンアンサンブルの探索ダイナミクス
• Authors: Kristine Rezai, Soonwon Choi, Mikhail D. Lukin, Alexander O. Sushkov
• Abstract要約: ダイヤモンド結晶表面上の電子スピンの2次元アンサンブルにおける個々のスピンダイナミクスを実験的に検討した。 この不規則に緩やかな緩和速度は、強い力学障害の存在によるものであることを示す。 我々の研究は、強く相互作用する無秩序なスピンアンサンブルにおける量子熱化の微視的研究と制御への道を開いた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 62.997667081978825
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Understanding the thermalization dynamics of quantum many-body systems at the microscopic level is among the central challenges of modern statistical physics. Here we experimentally investigate individual spin dynamics in a two-dimensional ensemble of electron spins on the surface of a diamond crystal. We use a near-surface NV center as a nanoscale magnetic sensor to probe correlation dynamics of individual spins in a dipolar interacting surface spin ensemble. We observe that the relaxation rate for each spin is significantly slower than the naive expectation based on independently estimated dipolar interaction strengths with nearest neighbors and is strongly correlated with the timescale of the local magnetic field fluctuation. We show that this anomalously slow relaxation rate is due to the presence of strong dynamical disorder and present a quantitative explanation based on dynamic resonance counting. Finally, we use resonant spin-lock driving to control the effective strength of the local magnetic fields and reveal the role of the dynamical disorder in different regimes. Our work paves the way towards microscopic study and control of quantum thermalization in strongly interacting disordered spin ensembles.
• Abstract（参考訳）: 量子多体系の微視的熱化ダイナミクスを理解することは、現代の統計物理学の中心的な課題の一つである。 ここでは,ダイヤモンド結晶表面上の電子スピンの2次元アンサンブルにおける個々のスピンダイナミクスを実験的に検討する。 表面近傍nv中心をナノスケール磁気センサとして、双極子相互作用面スピンアンサンブルにおける個々のスピンの相関ダイナミクスを調べる。 各スピンの緩和速度は, 近傍の磁場変動の時間スケールと強く相関し, 自在に推定された双極子相互作用強度に基づいて, ネイブ期待よりも著しく遅いことが観察された。 この不規則に緩やかな緩和速度は、強い動的障害の存在によるものであり、動的共鳴計数に基づく定量的な説明を示す。 最後に、共振スピンロック駆動を用いて局所磁場の有効強度を制御し、異なる状態における動的障害の役割を明らかにする。 我々の研究は、強く相互作用する無秩序なスピンアンサンブルにおける量子熱化の微視的研究と制御への道を開いた。

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