論文の概要: Modeling temperature-dependent population dynamics in the excited state
of the nitrogen-vacancy center in diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.02521v1
- Date: Wed, 5 Apr 2023 15:42:38 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-06 12:16:23.106784
- Title: Modeling temperature-dependent population dynamics in the excited state
of the nitrogen-vacancy center in diamond
- Title（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔中心の励起状態における温度依存性集団ダイナミクスのモデル化
- Authors: Stefan Ernst, Patrick J. Scheidegger, Simon Diesch, Christian L. Degen
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔中心の温度は0から600K以上である。
その顕著さにもかかわらず、NV中心の光物理は不完全に理解されている。
本稿では,低温状態から高温状態へのクロスオーバーを記述することができる速度モデルを提案する。
- 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: The nitrogen-vacancy (NV) center in diamond is well known in quantum
metrology and quantum information for its favorable spin and optical
properties, which span a wide temperature range from near zero to over 600 K.
Despite its prominence, the NV center's photo-physics is incompletely
understood, especially at intermediate temperatures between 10-100 K where
phonons become activated. In this work, we present a rate model able to
describe the cross-over from the low-temperature to the high-temperature
regime. Key to the model is a phonon-driven hopping between the two orbital
branches in the excited state (ES), which accelerates spin relaxation via an
interplay with the ES spin precession. We extend our model to include magnetic
and electric fields as well as crystal strain, allowing us to simulate the
population dynamics over a wide range of experimental conditions. Our model
recovers existing descriptions for the low- and high-temperature limits, and
successfully explains various sets of literature data. Further, the model
allows us to predict experimental observables, in particular the
photoluminescence (PL) emission rate, spin contrast, and spin initialization
fidelity relevant for quantum applications. Lastly, our model allows probing
the electron-phonon interaction of the NV center and reveals a gap between the
current understanding and recent experimental findings.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、その好ましいスピンと光学特性について量子力学や量子情報でよく知られており、その卓越性にもかかわらず、NV中心の光物理は不完全に理解されており、特にフォノンが活性化される10-100Kの中間温度では顕著である。
本研究では,低温状態から高温状態へのクロスオーバーを記述することができる速度モデルを提案する。
モデルにとって鍵となるのは、励起状態(ES)における2つの軌道分岐の間のフォノン駆動ホッピングであり、ESスピンプレセッションとの相互作用を通じてスピン緩和を加速する。
我々は,磁場,電界,結晶ひずみを含むモデルを拡張し,幅広い実験条件下での個体群動態をシミュレートする。
本モデルでは, 低温・高温領域における既存の記述を復元し, 各種文献データの解析に成功している。
さらに、このモデルにより、実験可観測性、特に光ルミネッセンス(pl)放出率、スピンコントラスト、量子応用に関連するスピン初期化忠実度を予測できる。
最後に,nv中心の電子-フォノン相互作用を探究し,現在の理解と最近の実験結果とのギャップを明らかにする。
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