論文の概要: Tensorial Spin-Phonon Relaxation Reveals Mode-Selective Relaxation Pathways in a Single-Molecule Magnet

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.17910v1
• Date: Wed, 23 Jul 2025 20:12:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-25 15:10:42.527303
• Title: Tensorial Spin-Phonon Relaxation Reveals Mode-Selective Relaxation Pathways in a Single-Molecule Magnet
• Title（参考訳）: 単分子磁石におけるモード選択緩和経路のテンソル的スピン-フォノン緩和
• Authors: Roman Dmitriev, Nosheen Younas, Yu Zhang, Andrei Piryatinski, Eric R. Bittner,
• Abstract要約: 単分子磁石におけるスピン緩和テンソルの計算のための第1原理フレームワークを提案する。 我々の形式主義は直接(1フォノン)と共振ラマン(2フォノン)の緩和過程を捉えている。 結果は、第一原理スピンフォノンテンソルが脱コヒーレンス経路の予測的な洞察を与えることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.889874897410346
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Understanding and controlling spin relaxation in molecular qubits is essential for developing chemically tunable quantum information platforms. We present a fully first-principles framework for computing the spin relaxation tensor in a single-molecule magnet, \ce{VOPc(OH)8}, by combining density functional theory with a mode-resolved open-system formalism. By expanding the spin Hamiltonian in vibrational normal modes and evaluating both linear and quadratic spin-phonon coupling tensors via finite differences of the $g$-tensor, we construct a relaxation tensor that enters a Lindblad-type quantum master equation. Our formalism captures both direct (one-phonon) and resonant-Raman (two-phonon) relaxation processes. Numerical analysis reveals a highly mode-selective structure: only three vibrational modes dominate longitudinal ($T_1$) decoherence, while a single mode accounts for the majority of transverse ($T_2$) relaxation. The computed relaxation times show excellent agreement with experimental measurements, without any empirical fitting. These results demonstrate that first-principles spin-phonon tensors can provide predictive insight into decoherence pathways and guide the rational design of molecular qubits.
• Abstract（参考訳）: 分子量子ビットにおけるスピン緩和の理解と制御は、化学的に調整可能な量子情報プラットフォームを開発する上で不可欠である。 我々は、密度汎関数理論とモード解決開系形式を組み合わせ、単分子磁石のスピン緩和テンソルを計算するための完全に第一原理の枠組みを提示する。 振動正規モードでスピンハミルトニアンを拡大し、$g$テンソルの有限差分による線形および二次スピンフォノンカップリングテンソルの評価を行うことで、リンドブラッド型量子マスター方程式に入る緩和テンソルを構築する。 我々の形式主義は直接(1フォノン)と共振ラマン(2フォノン)の緩和過程を捉えている。 3つの振動モードだけが長手(T_1$)のデコヒーレンスを支配し、一方1つのモードは横(T_2$)の緩和の大半を占めている。 計算された緩和時間は実験結果と良好に一致し, 経験的適合性は認められなかった。 これらの結果は、第一原理スピンフォノンテンソルがデコヒーレンス経路の予測的な洞察を与え、分子量子ビットの合理的設計を導くことを示している。

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