論文の概要: Engineering Spin Coherence in Core-Shell Diamond Nanocrystals

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.03075v1
• Date: Thu, 4 May 2023 18:00:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-08 16:23:26.896705
• Title: Engineering Spin Coherence in Core-Shell Diamond Nanocrystals
• Title（参考訳）: コアシェルダイヤモンドナノ結晶のスピンコヒーレンス
• Authors: Uri Zvi, Denis R. Candido, Adam Weiss, Aidan R. Jones, Lingjie Chen, Iryna Golovina, Xiaofei Yu, Stella Wang, Dmitri V. Talapin, Michael E. Flatt\'e, Aaron P. Esser-Kahn, Peter C. Maurer
• Abstract要約: ダイヤモンドナノ結晶は、ナノスケール空間分解能を持つ生体システムの物理的特性を探索できるスピン量子ビットセンサーを搭載できる。 本研究では, コアシェル構造による磁性表面ノイズを著しく低減する。 観察結果から, ダイヤモンドナノ結晶におけるスピンデファス化機構の解明が示唆された。
• 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: Diamond nanocrystals can harbor spin qubit sensors capable of probing the physical properties of biological systems with nanoscale spatial resolution. These diamond nanosensors can readily be delivered into intact cells and even living organisms. However, applications beyond current proof-of-principle experiments require a substantial increase in sensitivity, which is generally limited by surface-noise-induced spin dephasing and relaxation. In this work, we significantly reduce magnetic surface noise by engineering core-shell structures, which in combination with dynamical decoupling result in qubit coherence times (T2) ranging from 52us to 87us - a drastic improvement over the 1.1us to 35us seen in bare particles. This improvement in spin coherence, combined with an overall increase in particle fluorescence, corresponds to a two-order-of-magnitude reduction in integration time. Probing qubit dynamics at a single particle level, furthermore, reveals that the noise characteristics fundamentally change from a bath with spins that rearrange their spatial configuration during the course of an experiment to a more dilute static bath. The observed results shed light on the underlying mechanisms governing spin dephasing in diamond nanocrystals and offer an effective noise mitigation strategy based on engineered core-shell structures.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンドナノ結晶は、ナノスケール空間分解能を持つ生体システムの物理的特性を探索できるスピン量子ビットセンサーを搭載できる。 これらのダイヤモンドナノセンサーは、無傷の細胞や生物に容易に届けられる。 しかし、現在の実証実験以外の応用には、表面ノイズによるスピンの脱落と緩和によって制限される感度が大幅に向上する必要がある。 本研究では, 工学的コアシェル構造による磁性表面のノイズを著しく低減し, 動的デカップリングと組み合わせることで, 52usから87usまでのクビットコヒーレンス時間(T2)が得られ, 素粒子にみられる1.1usから35usの大幅な改善が得られた。 このスピンコヒーレンスの改善は、粒子蛍光の全体的な増加と相まって、積分時間の2次減少に対応する。 さらに、単一粒子レベルでキュービットダイナミクスを求めると、ノイズ特性が実験中に空間配置を再構成するスピンを持つ浴槽から、より希薄な静浴へと根本的に変化することが明らかとなった。 その結果, ダイヤモンドナノ結晶におけるスピン脱落機構の解明と, コアシェル構造に基づく有効ノイズ低減戦略が得られた。

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