論文の概要: Magnetic-field dependent VB- spin decoherence in hexagonal boron nitrides: A first-principles study

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.03306v3
• Date: Tue, 02 Sep 2025 08:42:22 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-03 14:24:52.324439
• Title: Magnetic-field dependent VB- spin decoherence in hexagonal boron nitrides: A first-principles study
• Title（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素の磁場依存性VBスピン脱コヒーレンスに関する研究
• Authors: Jaewook Lee, Hyeonsu Kim, Huijin Park, Hosung Seo,
• Abstract要約: h-BNのVB-は2次元材料における光アドレス可能なスピン量子ビットとして機能するスピン-1欠陥である。 第一原理量子多体シミュレーションは、h-BNの高密度核スピン浴におけるVB-脱コヒーレンスを研究するために用いられる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.578263527984827
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The negatively charged boron vacancy (VB-) in h-BN is a spin-1 defect functioning as an optically addressable spin qubit in two-dimensional materials. A precise understanding of its spin decoherence is essential to advance it into a robust qubit platform. First-principles quantum many-body simulations are employed to investigate VB- decoherence in dense nuclear spin baths of h-BN under magnetic fields from 0.01 to 3 T, considering isotopic variants h-10B14N, h-11B14N, h-10B15N, and h-11B15N. A transition boundary (TB) is observed where the dominant decoherence mechanism changes: below the TB, sub-microsecond decoherence is governed by independent nuclear spin dynamics, whereas above it, pairwise flip-flops dominate, extending T2 to tens of microseconds. Analytical predictions place the TB at 0.502 T for h-10B14N and 0.205 T for h-11B14N. The larger TB in h-10BN results from the larger nuclear spin of 10B (I = 3), which produces stronger nuclear modulation over a wider field range. The analytical approach also explains the magnetic-field-insensitive fast modulation observed below the TB. These findings clarify the role of dense nuclear spin baths with large nuclear spins (I >= 1) in VB- decoherence and provide design principles for isotopically engineered h-BN spin qubits.
• Abstract（参考訳）: h-BN中の負電荷のホウ素空孔(VB-)は、2次元材料において光アドレス可能なスピン量子ビットとして機能するスピン-1欠陥である。 スピンデコヒーレンスの正確な理解は、頑健な量子ビットプラットフォームへと前進させる上で不可欠である。 第一原理量子多体シミュレーションは、h-10B14N、h-11B14N、h-10B15N、h-11B15Nを考慮し、0.01から3Tの磁場下でのh-BNの高密度核スピン浴におけるVB-脱コヒーレンスを調べるために用いられる。 遷移境界(TB)は、支配的なデコヒーレンス機構が変化し、TBより下はサブミクロ秒のデコヒーレンスが独立した核スピンダイナミクスによって支配されるのに対して、その上は対方向のフリップフロップが支配され、T2が数十マイクロ秒まで延びる。 解析的な予測では、TBはh-10B14Nが0.502T、h-11B14Nが0.205Tである。 h-10BN のより大きな TB は、10B (I = 3) の大きい核スピンから生じる。 解析的なアプローチでは、TBの下の磁場非感応的な高速変調も説明できる。 これらの結果は、VB脱コヒーレンスにおける大きな核スピンを持つ高密度核スピン浴(I >= 1)の役割を明らかにし、等方的に設計されたh-BNスピンキュービットの設計原理を提供する。

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