論文の概要: Identifying high performance spectrally-stable quantum defects in diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.11598v1
• Date: Tue, 15 Apr 2025 20:26:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-17 14:38:40.484701
• Title: Identifying high performance spectrally-stable quantum defects in diamond
• Title（参考訳）: ダイヤモンドの高性能スペクトル安定量子欠陥の同定
• Authors: Yihuang Xiong, Yizhi Zhu, Shay McBride, Sinéad M. Griffin, Geoffroy Hautier,
• Abstract要約: 半導体の量子欠陥は量子技術の中心になりつつある。 ダイヤモンドの最も顕著な量子欠陥は窒素空孔(NV)中心である。 我々は、中心対称性、可視範囲での放射、および好ましい電子構造と達成可能な電子構造を組み合わせた欠陥を同定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Point defects in semiconductors are becoming central to quantum technologies. They can be used as spin qubits interfacing with photons, which are fundamental for building quantum networks. Currently, the most prominent quantum defect in diamond is the nitrogen-vacancy (NV) center. However, it suffers from spectral diffusion that negatively impacts optical coherence and is due to the coupling of the emission energy with uncontrolled electric fields. The group IV vacancy complexes on the other hand have shown to be significantly more spectrally-stable as they are centrosymmetric and thus immune to the linear Stark shift. They however suffer from several issues ranging from low operation temperature to low optical efficiency due to dark states and difficulty in stabilizing the right defect charge state. Here we search for alternative to the group IV vacancy complex in diamond by systematically evaluating all possible vacancy complex using high-throughput first-principles computational screening. We identify the defects that combine centrosymmetry, emission in the visible range, as well as favorable and achievable electronic structure promoting higher operation temperature and defect levels well within the band gap. We find Zn$V^{-2}$ to be especially appealing.
• Abstract（参考訳）: 半導体のポイント欠陥は量子技術の中心になりつつある。 量子ネットワーク構築の基礎となる光子と対面するスピン量子ビットとして使用できる。 現在、ダイヤモンドの最も顕著な量子欠陥は窒素空孔(NV)中心である。 しかし、これは光コヒーレンスに悪影響を及ぼすスペクトル拡散に悩まされており、放射エネルギーと制御されていない電場とのカップリングによるものである。 一方、IV族空孔錯体は、中心対称であり、したがって線形スタークシフトに免疫するため、スペクトル的にかなり安定であることが示されている。 しかし、暗黒状態による動作温度の低下や光学効率の低下、適切な欠陥電荷状態の安定化の困難など、いくつかの問題に悩まされている。 ここでは、高出力第一原理計算スクリーニングを用いて、すべての空孔複合体を体系的に評価することにより、ダイヤモンド中のIV族空孔複合体の代替を探索する。 我々は, 中心対称性, 可視域の放射, および, 有効かつ達成可能な電子構造を組み合わせた欠陥を同定し, バンドギャップ内で高い動作温度と欠陥レベルを推し進める。 Zn$V^{-2}$は特に魅力的である。

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