論文の概要: Strain-engineered nanoscale spin polarization reversal in diamond nitrogen-vacancy centers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.05373v1
• Date: Fri, 07 Nov 2025 15:58:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-10 21:00:44.829366
• Title: Strain-engineered nanoscale spin polarization reversal in diamond nitrogen-vacancy centers
• Title（参考訳）: ダイヤモンド窒素空孔中心におけるひずみ工学的ナノスケールスピン偏極反転
• Authors: Zhixian Liu, Jiahao Sun, Ganyu Xu, Bo Yang, Yuhang Guo, Yu Wang, Cunliang Xin, Hongfang Zuo, Mengqi Wang, Ya Wang,
• Abstract要約: 異方性格子ひずみは固体系のスピンダイナミクスを操作する強力なツールであることを示す。 我々の研究は、量子エミッタ特性を調整するための強力なツールとして、ひずみ工学を確立している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.220694988293296
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The ability to control solid-state quantum emitters is fundamental to advancing quantum technologies. The performance of these systems is fundamentally governed by their spin-dependent photodynamics, yet conventional control methods using cavities offer limited access to key non-radiative processes. Here we demonstrate that anisotropic lattice strain serves as a powerful tool for manipulating spin dynamics in solid-state systems. Under high pressure, giant shear strain gradients trigger a complete reversal of the intrinsic spin polarization, redirecting ground-state population from $|0\rangle$ to $|\pm 1\rangle$ manifold. We show that this reprogramming arises from strain-induced mixing of the NV center's excited states and dramatic alteration of intersystem crossing, which we quantify through a combination of opto-magnetic spectroscopy and a theoretical model that disentangles symmetry-preserving and symmetry-breaking strain contributions. Furthermore, the polarization reversal is spatially mapped with a transition region below 120 nm, illustrating sub-diffraction-limit control. Our work establishes strain engineering as a powerful tool for tailoring quantum emitter properties, opening avenues for programmable quantum light sources, high-density spin-based memory, and hybrid quantum photonic devices.
• Abstract（参考訳）: 固体量子エミッタを制御する能力は、量子技術の進歩に不可欠である。 これらのシステムの性能は基本的にスピン依存光力学によって制御されるが、従来のキャビティを用いた制御手法では、主要な非放射過程への限られたアクセスが可能である。 ここでは、異方性格子ひずみが固体系のスピンダイナミクスを操作する強力なツールであることを示す。 高圧下では、巨大なせん断ひずみ勾配は内在的なスピン偏極を完全に反転させ、基底状態の人口を$|0\rangle$から$|\pm 1\rangle$ manifoldにリダイレクトする。 このリプログラミングは、NV中心の励起状態のひずみ誘起混合と、光磁気分光法と対称性保存および対称性破壊ひずみ寄与をアンタングルする理論モデルを組み合わせることで、系間交差の劇的な変化によって生じることを示す。 さらに、偏光反転は120nm以下の遷移領域で空間的にマッピングされ、サブ回折限界制御が説明される。 我々の研究は、量子エミッタ特性の調整、プログラマブルな量子光源、高密度スピンベースメモリ、ハイブリッドな量子フォトニクスデバイスへの道を開くための強力なツールとして、ひずみ工学を確立している。

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