論文の概要: Identifying optimal magnetic field configurations for decoherence mitigation of boron vacancies in hexagonal boron nitride

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.06574v2
• Date: Tue, 13 May 2025 11:39:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-14 12:30:10.436962
• Title: Identifying optimal magnetic field configurations for decoherence mitigation of boron vacancies in hexagonal boron nitride
• Title（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素におけるホウ素の脱コヒーレンス緩和のための最適磁場配置の同定
• Authors: Basanta Mistri, Saksham Mahajan, Felix Donaldson, Rama K. Kamineni, Siddharth Dhomkar,
• Abstract要約: 2Dヘキサゴナル窒化ホウ素の ホウ素空孔センターが 有望な量子センサーとして出現しました 中心電子スピンと超微細に結合した核スピンは、磁場変動体として効果的に振舞い、急速に脱コヒーレンスをもたらす。 本稿では、スピンコヒーレンスの向上につながる特異部分空間の実現における静磁場強度と配向の効果について検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The negatively charged boron vacancy center in 2D hexagonal boron nitride has emerged as a promising quantum sensor. However, its sensitivity is constrained due to ubiquitous nuclear spins in the environment. The nuclear spins, hyperfine coupled with the central electron spin, effectively behave as magnetic field fluctuators, leading to rapid decoherence. Here, we explore the effectiveness of static magnetic field strength and orientation in realizing peculiar subspaces that can lead to enhanced spin coherence. Specifically, using detailed numerical simulations of the spin Hamiltonian, we identify specific field configurations that minimize energy gradients and, consequently, are expected to facilitate decoherence suppression. We also develop an approximate analytical model based on the perturbation theory that accurately predicts these low-gradient subspaces for magnetic fields aligned with the electron spin quantization axis, applicable not only to boron vacancies but to any spin-1 electronic system coupled to nearby nuclear spins. Furthermore, to stimulate experimental validation, we estimate coherence lifetimes as a function of various bias field configurations and demonstrate that significant decoherence suppression can indeed be achieved in certain regions. These findings and the developed methodology offer valuable insights for mitigating decoherence in a low-field regime.
• Abstract（参考訳）: 2次元六方晶窒化ホウ素中の負電荷のホウ素空孔中心は、有望な量子センサーとして出現している。 しかし、その感度は環境中のユビキタス核スピンによって制限される。 中心電子スピンと超微細に結合した核スピンは、磁場変動体として効果的に振舞い、急速に脱コヒーレンスをもたらす。 本稿では、スピンコヒーレンスの向上につながる特異部分空間の実現における静磁場強度と配向の効果について検討する。 具体的には、スピンハミルトニアンの詳細な数値シミュレーションを用いて、エネルギー勾配を最小化し、したがってデコヒーレンス抑制を促進すると期待されている特定の電場配置を同定する。 また、電子スピン量子化軸に沿った磁場のこれらの低次部分空間を正確に予測する摂動理論に基づく近似解析モデルを構築し、ホウ素空孔だけでなく、近くの核スピンに結合した任意のスピン-1電子系にも適用する。 さらに,種々のバイアス場構成の関数としてコヒーレンス寿命を推定し,特定の領域において有意なデコヒーレンス抑制が達成可能であることを示す。 これらの発見と開発手法は、低場体制におけるデコヒーレンスを緩和するための貴重な洞察を提供する。

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