論文の概要: Midgap state requirements for optically active quantum defects
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.10767v1
- Date: Tue, 21 Feb 2023 16:07:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-22 14:36:22.374661
- Title: Midgap state requirements for optically active quantum defects
- Title（参考訳）: 光学活性量子欠陥に対するミッドギャップ状態条件
- Authors: Yihuang Xiong, Milena Mathew, Sin\'ead M. Griffin, Alp Sipahigil,
Geoffroy Hautier
- Abstract要約: 光学活性量子欠陥は、量子センシング、計算、通信において重要な役割を果たす。
一般に、バンドギャップ内で、バンドエッジから遠く離れたレベルを導入する量子欠陥のみが量子技術にとって関心があると仮定される。
バンドエッジに近いエネルギー準位を持つ光学活性欠陥は、同様の特性を示すことができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Optically active quantum defects play an important role in quantum sensing,
computing, and communication. The electronic structure and the single-particle
energy levels of these quantum defects in the semiconducting host have been
used to understand their opto-electronic properties. Optical excitations that
are central for their initialization and readout are linked to transitions
between occupied and unoccupied single-particle states. It is commonly assumed
that only quantum defects introducing levels well within the band gap and far
from the band edges are of interest for quantum technologies as they mimic an
isolated atom embedded in the host. In this perspective, we contradict this
common assumption and show that optically active defects with energy levels
close to the band edges can display similar properties. We highlight quantum
defects that are excited through transitions to or from a band-like level
(bound exciton), such as the T center and Se$\rm _{Si}^+$ in silicon. We also
present how defects such as the silicon divacancy in diamond can involve
transitions between localized levels that are above the conduction band or
below the valence band. Loosening the commonly assumed requirement on the
electronic structure of quantum defects offers opportunities in quantum defects
design and discovery, especially in smaller band gap hosts such as silicon. We
discuss the challenges in terms of operating temperature for photoluminescence
or radiative lifetime in this regime. We also highlight how these alternative
type of defects bring their own needs in terms of theoretical developments and
fundamental understanding. This perspective clarifies the electronic structure
requirement for quantum defects and will facilitate the identification and
design of new color centers for quantum applications especially driven by first
principles computations.
- Abstract（参考訳）: 光学活性量子欠陥は、量子センシング、計算、通信において重要な役割を果たす。
半導体ホストにおけるこれらの量子欠陥の電子構造と単一粒子エネルギーレベルは、それらの光電子的性質を理解するために用いられる。
初期化と読み出しの中心となる光励起は、占有状態と非占有状態の間の遷移と結びついている。
一般に、バンドギャップ内で、バンドエッジから遠く離れたレベルを導入する量子欠陥のみが、ホストに埋め込まれた孤立原子を模倣する量子技術に興味があると仮定されている。
この観点からは、この共通の仮定と矛盾し、バンドエッジに近いエネルギー準位を持つ光学活性欠陥が同様の特性を示すことができることを示す。
我々は、T中心やSe$\rm _{Si}^+$のようなバンド状のレベル(バウンドエキシトン)への遷移によって励起される量子欠陥を強調する。
また, ダイヤモンド中のシリコン希薄性などの欠陥が, 伝導帯上あるいは価帯下における局部化レベル間の遷移にどのように関与するかを示す。
量子欠陥の電子構造に関する一般的に想定される要件を緩めることは、量子欠陥の設計と発見、特にシリコンのような小さなバンドギャップホストにおいて機会を与える。
本研究は,光発光の運転温度や放射寿命の観点からの課題について論じる。
また、これらの代替的なタイプの欠陥が、理論的発展と根本的な理解の観点から、自身のニーズをどのようにもたらすかを強調します。
この観点は量子欠陥の電子構造要求を明らかにし、特に第一原理計算によって駆動される量子アプリケーションのための新しい色中心の同定と設計を容易にする。
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