論文の概要: Two-dimensional spin systems in PECVD-grown diamond with tunable density
and long coherence for enhanced quantum sensing and simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.02282v2
- Date: Wed, 18 Jan 2023 01:17:22 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-20 09:12:51.360477
- Title: Two-dimensional spin systems in PECVD-grown diamond with tunable density
and long coherence for enhanced quantum sensing and simulation
- Title（参考訳）: 量子センシングとシミュレーションのための可変密度と長コヒーレンスを有するPECVD成長ダイヤモンドの2次元スピン系
- Authors: Lillian B. Hughes, Zhiran Zhang, Chang Jin, Simon A. Meynell, Bingtian
Ye, Weijie Wu, Zilin Wang, Emily J. Davis, Thomas E. Mates, Norman Y. Yao,
Kunal Mukherjee, and Ania C. Bleszynski Jayich
- Abstract要約: 調整可能な密度と次元の縮小で設計されたスピンのシステムは、量子センシングとシミュレーションの多くの進歩を可能にする。
ダイヤモンド中の高密度(gtrsim$1 ppm$cdot$nm)、2次元窒素およびNV層を工学する手法を提案する。
我々は、P1とNVの高比(最大0.74)と、再現的に長いNVコヒーレンス時間を観察し、エンジニアリングされたP1とNVスピン浴との双極子相互作用に支配される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.844682865957698
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Systems of spins engineered with tunable density and reduced dimensionality
enable a number of advancements in quantum sensing and simulation. Defects in
diamond, such as nitrogen-vacancy (NV) centers and substitutional nitrogen (P1
centers), are particularly promising solid-state platforms to explore. However,
the ability to controllably create coherent, two-dimensional spin systems and
characterize their properties, such as density, depth confinement, and
coherence is an outstanding materials challenge. We present a refined approach
to engineer dense ($\gtrsim$1 ppm$\cdot$nm), 2D nitrogen and NV layers in
diamond using delta-doping during plasma-enhanced chemical vapor deposition
(PECVD) epitaxial growth. We employ both traditional materials techniques, e.g.
secondary ion mass spectrometry (SIMS), alongside NV spin decoherence-based
measurements to characterize the density and dimensionality of the P1 and NV
layers. We find P1 densities of 5-10 ppm$\cdot$nm, NV densities between 1 and
3.5 ppm$\cdot$nm tuned via electron irradiation dosage, and depth confinement
of the spin layer down to 1.6 nm. We also observe high (up to 0.74) ratios of
P1 to NV centers and reproducibly long NV coherence times, dominated by dipolar
interactions with the engineered P1 and NV spin baths.
- Abstract（参考訳）: 波長可変密度と次元の縮小を備えたスピン系は、量子センシングとシミュレーションの多くの進歩を可能にする。
窒素空洞 (NV) センターや置換窒素 (P1) センターのようなダイヤモンドの欠陥は、特に固体プラットフォームを探索する上で有望である。
しかし、コヒーレントな2次元スピンシステムを制御し、密度、深さ閉じ込め、コヒーレンスといった特性を特徴付ける能力は、優れた材料課題である。
プラズマ濃縮化学気相蒸着(PECVD)エピタキシャル成長中にデルタドーピングを用いてダイヤモンド中の2次元窒素およびNV層を高密度化(\gtrsim$1 ppm$\cdot$nm)する手法を提案する。
2次イオン質量分析法(sims)のような従来の材料技術と、p1層とnv層の密度と寸法を特徴付けるnvスピンデコヒーレンスに基づく測定を併用した。
p1密度は5～10ppm$\cdot$nm、nv密度は1～3.5ppm$\cdot$nmで電子照射量によって調整され、スピン層の深さは1.6nmまで閉じ込められている。
また、P1とNVの高比(最大0.74)と、再現的に長いNVコヒーレンス時間も観察し、エンジニアリングされたP1とNVスピン浴との双極子相互作用に支配されている。
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