論文の概要: Manipulating solid-state spin concentration through charge transport
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.12742v1
- Date: Fri, 24 Feb 2023 16:53:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-27 13:02:15.224013
- Title: Manipulating solid-state spin concentration through charge transport
- Title（参考訳）: 電荷輸送による固体スピン濃度の操作
- Authors: Guoqing Wang, Changhao Li, Hao Tang, Boning Li, Francesca Madonini,
Faisal F Alsallom, Won Kyu Calvin Sun, Pai Peng, Federica Villa, Ju Li, Paola
Cappellaro
- Abstract要約: 固体スピン欠陥は、量子センサーやシミュレータを開発する上で魅力的な候補である。
高速単一光子検出器アレイと一体化した広視野撮像装置を開発した。
我々は,NV中心のT$増加を保ちながら,支配的スピン欠陥の濃度を2の因子で示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.571298724628114
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Solid-state spin defects are attractive candidates for developing quantum
sensors and simulators. The spin and charge degrees of freedom in large defect
ensembles are a promising platform to explore complex many-body dynamics and
the emergence of quantum hydrodynamics. However, many interesting properties
can be revealed only upon changes in the density of defects, which instead is
usually fixed in material systems. Increasing the interaction strength by
creating denser defect ensembles also brings more decoherence. Ideally one
would like to control the spin concentration at will, while keeping fixed
decoherence effects. Here we show that by exploiting charge transport, we can
take some first steps in this direction, while at the same time characterizing
charge transport and its capture by defects. By exploiting the cycling process
of ionization and recombination of NV centers in diamonds, we pump electrons
from the valence band to the conduction band. These charges are then
transported to modulate the spin concentration by changing the charge state of
material defects. By developing a wide-field imaging setup integrated with a
fast single photon detector array, we achieve a direct and efficient
characterization of the charge redistribution process by measuring the complete
spectrum of the spin bath with micrometer-scale spatial resolution. We
demonstrate the concentration increase of the dominant spin defects by a factor
of 2 while keeping the $T_2$ of the NV center, which also provides a potential
experimental demonstration of the suppression of spin flip-flops via hyperfine
interactions. Our work paves the way to studying many-body dynamics with
temporally and spatially tunable interaction strengths in hybrid charge-spin
systems.
- Abstract（参考訳）: 固体スピン欠陥は量子センサーやシミュレータの開発にとって魅力的な候補である。
大きな欠陥アンサンブルにおけるスピンと電荷の自由度は、複雑な多体力学と量子流体力学の出現を探求する有望なプラットフォームである。
しかし、多くの興味深い性質は欠陥の密度の変化によってのみ明らかとなり、通常は物質系で固定される。
より密集した欠陥アンサンブルを作成することで相互作用強度を高めることで、デコヒーレンスも向上する。
理想的には、固定されたデコヒーレンス効果を維持しながら、自発的にスピン濃度を制御したい。
ここでは電荷輸送を利用することにより、電荷輸送と欠陥による捕獲を特徴付けると同時に、この方向への第一歩を踏み出すことができることを示す。
ダイヤモンド中のNV中心のイオン化と再結合の循環過程を利用して、価電子バンドから伝導バンドに電子を励起する。
これらの電荷は物質欠陥の電荷状態を変化させてスピン濃度を変調するために輸送される。
高速単一光子検出器アレイを組み込んだ広視野撮像装置の開発により,マイクロメートルの空間分解能でスピン浴の全スペクトルを計測し,電荷再分配過程の直接的かつ効率的なキャラクタリゼーションを実現する。
我々は、NV中心のT_2$を維持しながら、支配的スピン欠陥の2倍の濃度増加を示すとともに、超微粒子相互作用によるスピンフリップフロップの抑制の潜在的実験的実証も提供する。
我々の研究は、ハイブリッド電荷スピン系における時間的および空間的に調節可能な相互作用強度を用いた多体力学の研究の道を開いた。
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