論文の概要: Isotope engineering for spin defects in van der Waals materials
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.06441v2
- Date: Thu, 4 Jan 2024 04:59:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-05 17:30:49.182204
- Title: Isotope engineering for spin defects in van der Waals materials
- Title（参考訳）: ファンデルワールス材料におけるスピン欠陥の同位体工学
- Authors: Ruotian Gong, Xinyi Du, Eli Janzen, Vincent Liu, Zhongyuan Liu,
Guanghui He, Bingtian Ye, Tongcang Li, Norman Y. Yao, James H. Edgar, Erik A.
Henriksen, Chong Zu
- Abstract要約: 六方晶窒化ホウ素(hBN)の等方的に精製した$mathrmh10mathrmB15mathrmN結晶を育成する
hBNの$mathrmV_mathrmB-$と、同位体の自然分布と比較すると、かなり狭く、より混み合った$mathrmV_mathrmB-$のスピン遷移が観察される。
量子センシングのためには、$mathrmh10mathrmB15mathrmの$mathrmB-$center
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.76897330943914
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Spin defects in van der Waals materials offer a promising platform for
advancing quantum technologies. Here, we propose and demonstrate a powerful
technique based on isotope engineering of host materials to significantly
enhance the coherence properties of embedded spin defects. Focusing on the
recently-discovered negatively charged boron vacancy center
($\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$) in hexagonal boron nitride (hBN), we grow
isotopically purified $\mathrm{h}{}^{10}\mathrm{B}{}^{15}\mathrm{N}$ crystals.
Compared to $\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$ in hBN with the natural distribution of
isotopes, we observe substantially narrower and less crowded
$\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$ spin transitions as well as extended coherence time
$T_2$ and relaxation time $T_1$. For quantum sensing,
$\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$ centers in our
$\mathrm{h}{}^{10}\mathrm{B}{}^{15}\mathrm{N}$ samples exhibit a factor of $4$
($2$) enhancement in DC (AC) magnetic field sensitivity. For additional quantum
resources, the individual addressability of the $\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$
hyperfine levels enables the dynamical polarization and coherent control of the
three nearest-neighbor ${}^{15}\mathrm{N}$ nuclear spins. Our results
demonstrate the power of isotope engineering for enhancing the properties of
quantum spin defects in hBN, and can be readily extended to improving spin
qubits in a broad family of van der Waals materials.
- Abstract（参考訳）: ファンデルワールス材料のスピン欠陥は量子技術の発展に有望なプラットフォームを提供する。
本稿では, 埋込スピン欠陥のコヒーレンス特性を著しく向上させるため, ホスト材料の同位体工学に基づく強力な技術を提案する。
六方晶窒化ホウ素 (hBN) において、最近発見された負電荷のホウ素空孔中心 (\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$) に着目し、同相的に精製された$\mathrm{h}{}^{10}\mathrm{B}{}^{15}\mathrm{N}$結晶を成長させる。
同位体の自然分布と hbn における $\mathrm{v}_{\mathrm{b}}^-$ と比較して、より狭く、より混み合っている $\mathrm{v}_{\mathrm{b}}^-$ スピン遷移や拡張コヒーレンス時間 $t_2$ と緩和時間 $t_1$ が観測される。
量子センシングでは、$\mathrm{v}_{\mathrm{b}}^-$ centers in our $\mathrm{h}{}^{10}\mathrm{b}{}^{15}\mathrm{n}$例では、dc(ac)磁場の感度が4ドル (2$)向上している。
追加の量子資源に対して、$\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$超微粒子レベルの個々のアドレナビリティは、3つの隣接する${}^{15}\mathrm{N}$核スピンの動的偏極とコヒーレント制御を可能にする。
本研究は,hbn中の量子スピン欠陥の特性を向上させるための同位体工学の力を示し,ファンデルワールス物質の幅広い族におけるスピン量子ビットの改善に容易に拡張できることを示す。
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