論文の概要: Dynamical nuclear spin polarization in a quantum dot with an EDSR-driven electron spin

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.11253v1
• Date: Tue, 20 Jun 2023 03:09:38 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-21 15:52:02.869506
• Title: Dynamical nuclear spin polarization in a quantum dot with an EDSR-driven electron spin
• Title（参考訳）: EDSR駆動電子スピンを持つ量子ドットにおける動的核スピン偏極
• Authors: Peter Stano, Takashi Nakajima, Akito Noiri, Seigo Tarucha, Daniel Loss
• Abstract要約: 単一電子スピンによって誘起される量子ドットにおける核スピンの偏極を解析する。 我々は、関連する核スピン偏光速度を導出し、アクセス可能な制御パラメータへの依存を分析する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We analyze the polarization of nuclear spins in a quantum dot induced by a single-electron spin that is electrically driven to perform coherent Rabi oscillations. We derive the associated nuclear-spin polarization rate and analyze its dependence on the accessible control parameters, especially the detuning of the driving frequency from the electron Larmor frequency. The arising nuclear-spin polarization is related to the Hartmann-Hahn effect known from the NMR literature with two important differences. First, in quantum dots one typically uses a micro magnet, leading to a small deflection of the quantization axes of the electron and nuclear spins. Second, the electric driving wiggles the electron with respect to the atomic lattice. The two effects, absent in the traditional Hartmann-Hahn scenario, give rise to two mechanisms of nuclear-spin polarization in gated quantum dots. The arising nuclear-spin polarization is a resonance phenomenon, achieving maximal efficiency at the resonance of the electron Rabi and nuclear Larmor frequency (typically a few or a few tens of MHz). As a function of the driving frequency, the polarization rate can develop sharp peaks and reach large values at them. Since the nuclear polarization is experimentally detected as changes of the electron Larmor frequency, we often convert the former to the latter in our formulas and figures. In these units, the polarization can reach hundreds of MHz/s in GaAs quantum dots and at least tens of kHz/s in Si quantum dots. We analyze possibilities to exploit the resonant polarization effects for achieving large nuclear polarization and for stabilizing the Overhauser field through feedback.
• Abstract（参考訳）: 単一電子スピンによって誘起される量子ドット内の核スピンの分極を、コヒーレントなラビ振動を行うために電気的に駆動する。 核スピン偏光速度を導出し、その制御パラメータ、特に電子ラーモア周波数からの駆動周波数のデチューニングに依存することを解析する。 生じる核スピン偏極は、2つの重要な違いを持つNMR文献から知られているハートマン・ハーン効果と関係している。 まず、量子ドットでは一般的にマイクロ磁石を使用し、電子と核スピンの量子化軸の小さな偏向に繋がる。 第2に、電気駆動は原子格子に対して電子をウィグルする。 伝統的なハートマン・ハーンのシナリオにはない2つの効果は、ゲート量子ドットにおける原子スピン偏極の2つのメカニズムを引き起こす。 核スピン偏極は共鳴現象であり、電子ラビと核ラーモア周波数(典型的には数MHzまたは数MHz)の共鳴において最大効率を達成する。 駆動周波数の関数として、偏光速度は鋭いピークを発生させ、大きな値に達することができる。 原子核偏極は電子ラーモア周波数の変化として実験的に検出されるため、式や図形では前者から後者への変換がしばしば行われる。 これらの単位では、分極はGaAs量子ドットで数百MHz/s、Si量子ドットで少なくとも数十kHz/sに達する。 我々は、大きな核分極を達成するための共鳴分極効果とフィードバックによるオーバーハウザー場安定化の可能性を分析する。

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