論文の概要: Enhancing Coherence with a Clock Transition and Dynamical Decoupling in the Cr$_7$Mn Molecular Nanomagnet

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.13714v1
• Date: Fri, 18 Jul 2025 07:56:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-21 20:43:26.210945
• Title: Enhancing Coherence with a Clock Transition and Dynamical Decoupling in the Cr$_7$Mn Molecular Nanomagnet
• Title（参考訳）: Cr$_7$Mn分子ナノ磁石におけるクロック遷移と動的デカップリングによるコヒーレンス向上
• Authors: Guanchu Chen, Brendan C. Sheehan, Ilija Nikolov, James W. Logan, Charles A. Collett, Gajadhar Joshi, Grigore A. Timco, Jillian E. Denhardt, Kevin R. Kittilstved, Richard E. P. Winpenny, Jonathan R. Friedman,
• Abstract要約: 分子磁石は、その化学的チューニング性、アドレス性、長いコヒーレンス時間のためにスピン量子ビットとして魅力的である。 磁場変動の影響に免疫するクロック遷移(CT)は、コヒーレンス時間を向上させる方法を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Molecular magnets are attractive as spin qubits due to their chemical tunability, addressability through electron-spin resonance techniques, and long coherence times. Clock transitions (CTs), for which the system is immune to the effect of magnetic-field fluctuations to first order, provide a method to enhance the coherence time $T_2$, and to reveal mechanisms of decoherence that are not due to such fluctuations. Here we investigate two variants of Cr$_7$Mn, a spin-1 molecular nanomagnet, at fields near a zero-field CT. We find that at temperatures $\le$2 K, $T_2\sim1$ $\mu$s at the CT using a Hahn-echo pulse sequence. Away from the CT, electron-spin-echo envelope modulation (ESEEM) oscillations due to coupling to nuclear spins are observed and have a $T_2$ as high as $1.35$ $\mu$s, indicating a distinct mechanism of coherence preservation. Dynamical decoupling with the CPMG pulse sequence yields $T_2\sim\!2.8$ $\mu$s at the CT and up to $\sim\!3.6$ $\mu$s in the ESEEM regime along with a demodulation of the oscillatory behavior. The experimental values of $T_2$ are largely independent of the degree of dilution of the molecules in solvent or whether the solvent is deuterated, indicating that much of the decoherence and ESEEM arises from sources within the molecules themselves. To account for decoherence, we develop a model that includes not only field fluctuations but also fluctuations in the CT transition frequency itself. Our results can be well explained by treating the environment as a combination of noise at the nuclear Larmor precession frequency and $1/f$ noise in the transverse anisotropy parameter $E$. Such information about the microscopic origins of decoherence can aid the rational design of molecular-based spin qubits.
• Abstract（参考訳）: 分子磁石は、その化学的チューニング性、電子スピン共鳴技術によるアドレス性、長いコヒーレンス時間により、スピン量子ビットとして魅力的である。 磁場揺らぎの影響に免疫を持つクロック遷移(CT)は、コヒーレンス時間$T_2$を向上し、そのような揺らぎに起因しないデコヒーレンス機構を明らかにする方法を提供する。 本稿では、ゼロフィールドCT近傍の磁場におけるスピン-1分子ナノマグネットCr$_7$Mnの2つの変種について検討する。 温度が$\le$2K,$T_2\sim1$$\mu$s であれば、Hhn-echoパルスシーケンスを用いてCTで得られる。 CTとは別に、核スピンとの結合による電子-スピン-エチョエンベロープ変調(ESEEM)の振動が観察され、T_2$が1.35$$\mu$sまで高く、コヒーレンス保存の明確なメカニズムを示している。 CPMGパルスシーケンスとの動的疎結合は$T_2\sim\! 2.8$$\mu$s at the CT and up $\sim\! 3.6$$\mu$s の ESEEM 体制と振動挙動の復調。 T_2$の実験値は、溶媒中の分子の希釈の度合いや溶媒が重水素化されているかどうかに大きく依存しており、脱コヒーレンスとESEEMの大部分が分子自体の源から生じることを示している。 脱コヒーレンスを考慮に入れ,フィールドのゆらぎだけでなくCT遷移周波数自体のゆらぎも含むモデルを開発した。 本研究の結果は, 横方向異方性パラメータ$E$において, 核弾頭前波周波数のノイズと1/f$のノイズの組合せとして, 環境をよく説明することができる。 このような脱コヒーレンスの起源に関する情報は、分子ベースのスピン量子ビットの合理的な設計に役立つ。

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