論文の概要: Two-dimensional single-valley exciton qubit and optical spin magnetization generation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.03334v1
• Date: Mon, 7 Nov 2022 06:43:47 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-20 02:09:52.483745
• Title: Two-dimensional single-valley exciton qubit and optical spin magnetization generation
• Title（参考訳）: 2次元ingle-valley exciton qubitと光スピン磁化生成
• Authors: Jiawei Ruan, Zhenglu Li, Chin Shen Ong, Steven G. Louie
• Abstract要約: 本研究では, 単一谷における新規な退化励起子状態を利用した2次元材料中の量子ビットの生成手法を提案する。 特に、単一の谷における2つの退化励起子のコヒーレントな線形結合は、特定の光分極によって励起される。 我々の発見は、2D素材でキュービットシステムを作成し、操作するための新しいルートを開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Creating and manipulating coherent qubit states are actively pursued in two-dimensional (2D) materials research. Significant efforts have been made towards the realization of two-valley exciton qubits in monolayer transition-metal dichalcogenides (TMDs), based on states from their two distinct valleys in k-space. Here, we propose a new scheme to create qubits in 2D materials utilizing a novel kind of degenerate exciton states in a single valley. Combining group theoretic analysis and ab initio GW plus Bethe-Salpeter equation (GW-BSE) calculations, we demonstrate such novel qubit states in substrate-supported monolayer bismuthene -- which has been successfully grown using molecular beam epitaxy. In each of the two distinct valleys in the Brillouin zone, strong spin-orbit coupling along with $C_{3v}$ symmetry leads to a pair of degenerate 1s exciton states with opposite spin configurations. Specific coherent linear combinations of the two degenerate excitons in a single valley can be excited with specific light polarizations, enabling full manipulation of the exciton qubits and their spin configurations. In particular, a net spin magnetization can be generated. Our finding opens new routes to create and manipulate qubit systems in 2D materials.
• Abstract（参考訳）: コヒーレント量子状態の作成と操作は二次元(2次元)材料研究において活発に研究されている。 単層遷移金属ジアルコゲナイド(TMD)における2価エクイトン量子ビットの実現に向けた重要な取り組みが、k空間の2つの異なる谷の状態に基づいて行われた。 本稿では, 単一谷における新種の退化励起子状態を利用した2次元材料中の量子ビットの生成手法を提案する。 グループ理論解析と ab initio gw plus bethe-salpeter equation (gw-bse) 計算を組み合わせることで, 分子線エピタキシーを用いて成長した基板担持単分子層ビスマステンの量子状態を示す。 ブリルアンゾーンの2つの異なる谷のそれぞれにおいて、強いスピン軌道結合と$C_{3v}$対称性は、反対のスピン配置を持つ退化1s励起子状態のペアにつながる。 単一の谷における2つの退化励起子の特定のコヒーレントな線形結合は、特定の光偏光によって励起され、励起子量子ビットとそのスピン配置を完全に操作することができる。 特に、ネットスピン磁化を発生させることができる。 我々の発見は、2D素材でキュービットシステムを作成し、操作するための新しいルートを開く。

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