論文の概要: Scanning spin probe based on magnonic vortex quantum cavities

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.06549v1
• Date: Fri, 12 Jan 2024 12:53:49 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-15 19:34:48.074747
• Title: Scanning spin probe based on magnonic vortex quantum cavities
• Title（参考訳）: マグノニック渦量子共振器を用いた走査スピンプローブ
• Authors: Carlos A. Gonz\'alez-Guti\'errez, David Garc\'ia-Pons, David Zueco, and Mar\'ia Jos\'e Mart\'inez-P\'erez
• Abstract要約: 薄膜ディスクにおける渦コアを用いたナノスケール走査型電子磁気共鳴センサの実現を提案する。 渦コアは、数mTの外部磁場を用いて変位することができ、空間分解能の大きなEPR走査顕微鏡を可能にする。 渦ナノキャビティは個々のスピン分子量子ビットとの強い結合も達成でき、量子ビットと量子ビットの相互作用を媒介する可能性がある。
• 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: Performing nanoscale scanning electron paramagnetic resonance (EPR) requires three essential ingredients. First, a static magnetic field together to field gradients to Zeeman split the electronic energy levels with spatial resolution. Second, a radiofrequency (rf) magnetic field capable of inducing spin transitions. Finally, a sensitive detection method to quantify the energy absorbed by spins. This is usually achieved by combining externally applied magnetic fields with inductive coils or cavities, fluorescent defects or scanning probes. Here, we {\color{black} theoretically propose the realization of a EPR scanning sensor merging all three characteristics into a single device}: the vortex core stabilized in ferromagnetic thin-film discs. On one hand, the vortex ground state generates a significant static magnetic field and field gradients. On the other hand, the precessional motion of the vortex core around its equilibrium position produces a circularly polarized oscillating magnetic field, which is enough to produce spin transitions. Finally, the spin-magnon coupling broadens the vortex gyrotropic frequency, {\color{black} suggesting} a direct measure of the presence of unpaired electrons. Moreover, the vortex core can be displaced by simply using external magnetic fields of a few mT, enabling EPR scanning microscopy with large spatial resolution. Our {\color{black} numerical} simulations show that, by using low damping magnets, it is {\color{black} theoretically} possible to detect single spins located on the disc's surface. Vortex nanocavities could also attain strong coupling to individual spin molecular qubits, with potential applications to mediate qubit-qubit interactions or to implement qubit readout protocols.
• Abstract（参考訳）: ナノスケール走査型電子常磁性共鳴(EPR)は3つの必須成分を必要とする。 まず、静磁場と磁場勾配を合わせて、ゼーマンが電子エネルギー準位を空間分解能で割った。 第2に、スピン遷移を誘導できる高周波(rf)磁場である。 最後に、スピンによって吸収されるエネルギーを定量化する感度検出方法。 これは通常、外部に応用された磁場と誘導コイルやキャビティ、蛍光欠陥、走査プローブを組み合わせることで達成される。 ここでは, 強磁性薄膜ディスクに安定化された渦コアの3つの特性を1つのデバイスにマージしたEPR走査センサの実現を理論的に提案する。 一方、渦基底状態は重要な静磁場と磁場勾配を生成する。 一方、渦コアの平衡位置付近での運動は円偏光振動磁場を発生させ、スピン遷移を発生させるのに十分である。 最後に、スピン-マグノンカップリングは渦異方性周波数を拡大し、不対電子の存在を直接測定することを示唆する。 さらに、数mTの外部磁場だけで渦コアを変位させることができ、空間分解能の大きなEPR走査顕微鏡が可能となる。 我々の数値シミュレーションは、低減衰磁石を用いることで、理論上はディスクの表面にある単一スピンを検出することができることを示している。 渦ナノキャビティは個々のスピン分子量子ビットとの強い結合も達成でき、量子ビット-量子ビット相互作用の仲介や量子ビット読み取りプロトコルの実装にも応用できる。

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