論文の概要: Contrasting exchange-field and spin-transfer torque driving mechanisms in all-electric electron spin resonance

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.24046v1
• Date: Mon, 31 Mar 2025 13:10:22 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-01 14:33:30.103496
• Title: Contrasting exchange-field and spin-transfer torque driving mechanisms in all-electric electron spin resonance
• Title（参考訳）: 全電電子スピン共鳴におけるコントラスト交換場とスピントランスファートルク駆動機構
• Authors: Jose Reina-Galvez, Matyas Nachtigall, Nicolas Lorente, Jan Martinek, Christoph Wolf,
• Abstract要約: 我々は、単軌道アンダーソン不純物を用いて、偏光鉛に結合し、スピン遷移と共鳴によって変調された電圧によってバイアスを受ける駆動場の起源を研究する。 不純物の充電しきい値以下では、電子スピン共鳴は磁気交換駆動機構または磁場のようなトルクによって支配される。 電子スピン共鳴信号とスピンダイナミクスは、どの駆動機構が支配するかによって大きく異なり、電気駆動量子系における量子コヒーレント制御を最適化する可能性を強調している。
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• Abstract: Understanding the coherent properties of electron spins driven by electric fields is crucial for their potential application in quantum-coherent nanoscience. In this work, we address two distinct driving mechanisms in electric-field driven electron-spin resonance as implemented in scanning tunneling spectroscopy. We study the origin of the driving field using a single orbital Anderson impurity, connected to polarized leads and biased by a voltage modulated on resonance with a spin transition. By mapping the quantum master equation into a system of equations for the impurity spin, we identify two distinct driving mechanisms. Below the charging thresholds of the impurity, electron spin resonance is dominated by a magnetically exchange-driven mechanism or field-like torque. Conversely, above the charging threshold spin-transfer torque caused by the spin-polarized current through the impurity drives the spin transition. Only the first mechanism enables coherent quantum spin control, while the second one leads to fast decoherence and spin accumulation towards a non-equilibrium steady-state. The electron spin resonance signals and spin dynamics vary significantly depending on which driving mechanism dominates, highlighting the potential for optimizing quantum-coherent control in electrically driven quantum systems.
• Abstract（参考訳）: 電場によって駆動される電子スピンのコヒーレントな性質を理解することは、量子コヒーレントナノサイエンスの潜在的な応用に不可欠である。 本研究では、走査トンネル分光法で実装された電界駆動電子スピン共鳴における2つの異なる駆動機構について述べる。 我々は、単軌道アンダーソン不純物を用いて、偏光鉛に結合し、スピン遷移と共鳴によって変調された電圧によってバイアスを受ける駆動場の起源を研究する。 不純物スピンの方程式系に量子マスター方程式をマッピングすることにより、2つの異なる駆動機構を同定する。 不純物の充電しきい値以下では、電子スピン共鳴は磁気交換駆動機構や磁場のようなトルクによって支配される。 逆に、不純物を介してスピン偏極電流によって生じるチャージしきい値のスピン移動トルクはスピン遷移を駆動する。 第1のメカニズムだけがコヒーレント量子スピン制御を可能にし、第2のメカニズムは高速なデコヒーレンスとスピン蓄積を非平衡定常状態へと導く。 電子スピン共鳴信号とスピンダイナミクスは、どの駆動機構が支配するかによって大きく異なり、電気駆動量子系における量子コヒーレント制御を最適化する可能性を強調している。

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