論文の概要: Room-Temperature Electrical Readout of Spin Defects in van der Waals Materials

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.08874v1
• Date: Thu, 13 Nov 2025 01:13:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-13 22:34:54.274982
• Title: Room-Temperature Electrical Readout of Spin Defects in van der Waals Materials
• Title（参考訳）: ファンデルワールス材料におけるスピン欠陥の室温電気的読み出し
• Authors: Shihao Ru, Liheng An, Haidong Liang, Zhengzhi Jiang, Zhiwei Li, Xiaodan Lyu, Feifei Zhou, Hongbing Cai, Yuzhe Yang, Ruihua He, Robert Cernansky, Edwin Hang Tong Teo, Manas Mukherjee, Andrew A. Bettiol, Jesus Zúñiga-Perez, Fedor Jelezko, Weibo Gao,
• Abstract要約: 六方晶窒化ホウ素(hBN)の負の電荷を持つホウ素空孔(mathrmV_B-$)は、2D材料で最も広く研究されている室温量子スピン系である。 本研究では,hBNにおけるmathrmV_B-$スピンに対する光電界スピン読み出し手法を実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.532635817613848
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Negatively charged boron vacancy ($\mathrm{V_B^-}$) in hexagonal boron nitride (hBN) is the most extensively studied room-temperature quantum spin system in two-dimensional (2D) materials. Nevertheless, the current effective readout of $\mathrm{V_B^-}$ spin states is carried out by systematically optical methods. This limits their exploitation in compact and miniaturized quantum devices, which would otherwise hold substantial promise to address quantum sensing and quantum information tasks. In this study, we demonstrated a photoelectric spin readout technique for $\mathrm{V_B^-}$ spins in hBN. The observed photocurrent signals stem from the spin-dependent ionization dynamics of boron vacancies, mediated by spin-dependent non-radiative transitions to a metastable state. We further extend this electrical detection technique to enable the readout of dynamical decoupling sequences, including the Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) protocols, and of nuclear spins via electron-nuclear double resonance. These results provide a pathway toward on-chip integration and real-field exploitation of quantum functionalities based on 2D material platforms.
• Abstract（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素 (hBN) における負の電荷を持つホウ素空孔 (\mathrm{V_B^-}$) は、2次元(2次元)材料において最も広く研究されている室温量子スピン系である。 しかしながら、現在の$\mathrm{V_B^-}$スピン状態の有効読み出しは、体系的な光学的手法によって行われる。 これにより、コンパクトで小型の量子デバイスへの利用が制限され、そうでなければ量子センシングと量子情報タスクに対処する大きな約束が守られる。 本研究では,hBN における $\mathrm{V_B^-}$ スピンに対する光電スピン読み出し手法を実証した。 観察された光電流信号は、スピン依存の非放射性遷移が準安定状態に遷移することで、ホウ素空孔のスピン依存イオン化ダイナミクスに由来する。 我々はさらに、この電気的検出技術を拡張して、カル・プルセル・マイボーム・ギル(CPMG)プロトコルや、電子核二重共鳴による核スピンを含む動的デカップリング配列の読み出しを可能にする。 これらの結果は、2次元材料プラットフォームに基づく量子関数のオンチップ統合と実場利用への道筋を提供する。

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