論文の概要: Ab initio prediction of strain-tunable spin defects in quasi-1D TiS3 and NbS3 nanowires

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.19391v2
• Date: Tue, 23 Dec 2025 14:52:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-24 13:10:52.746101
• Title: Ab initio prediction of strain-tunable spin defects in quasi-1D TiS3 and NbS3 nanowires
• Title（参考訳）: 準1次元TiS3およびNbS3ナノワイヤのひずみ可変スピン欠陥のアブ初期予測
• Authors: Jordan Chapman, Arindom Nag, Thang Pham, Vsevolod Ivanov,
• Abstract要約: 我々は三硫化チタン(TiS3)および三硫化ニオブ(NbS3)ナノワイヤの固有空孔欠陥のスピン特性と光学特性を特徴付ける。 我々の研究は、TiS3およびNbS3ナノワイヤの異方性幾何は、光学活性スピン欠陥の例外的なチューニング性をもたらすことを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8603848050548032
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Defects in atomically thin van der Waals materials have recently been investigated as sources of spin-photon entanglement with sensitivity to strain tuning. Unlike many two-dimensional materials, quasi-one-dimensional materials such as transition metal trichalcogenides exhibit in-plane anisotropy resulting in axis-dependent responses to compressive and tensile strains. Herein, we characterize the tunable spin and optical properties of intrinsic vacancy defects in titanium trisulfide (TiS3) and niobium trisulfide (NbS3) nanowires. Within our ab initio approach, we show that sulfur vacancies and divacancies (VS and VD , respectively) in TiS3 and NbS3 adopt strain-dependent defect geometries between in-plane strains of -3 % and 3 %. The calculated electronic structures indicate that both VS and VD possess in-gap defect states with optically bright electronic transitions whose position relative to the conduction and valence bands varies with in-plane strain. Further, our calculations predict that VS in TiS3 and VD in NbS3 exhibit transitions in their ground state spins; specifically, a compressive strain of 0.4 % along the direction of nanowire growth causes a shift from a triplet state to a singlet state for the VS defect in TiS3, whereas a tensile strain of 2.9 % along the same direction in NbS3 induces a triplet ground state with a zero-phonon line of 0.83 eV in the VD defect. Our work shows that the anisotropic geometry of TiS3 and NbS3 nanowires offers exceptional tunability of optically active spin defects that can be used in quantum applications.
• Abstract（参考訳）: 原子的に薄いファンデルワールス材料中の欠陥は、ひずみチューニングに敏感なスピン光子絡みの源として最近研究されている。 多くの2次元材料とは異なり、遷移金属トリハルコゲナイドのような準1次元材料は、圧縮および引張ひずみに対する軸依存応答をもたらす面内異方性を示す。 ここでは,三硫化チタン (TiS3) および三硫化ニオブ (NbS3) ナノワイヤにおける内在性空孔欠陥の経時変化と光学的性質を特徴付ける。 その結果, TiS3 および NbS3 の硫黄空孔(VS および VD )は, 面内ひずみ -3 % と 3 % のひずみ依存性の欠陥ジオメトリを採用することがわかった。 計算された電子構造は、VSとVDのどちらも、伝導および価電子バンドに対する位置が平面ひずみと異なる光学的に明るい電子遷移を持つギャップ欠陥状態を有することを示している。 さらに, NbS3のVSとNbS3のVDのVSは基底状態スピンの遷移を予測し, 特にナノワイヤ成長方向の圧縮ひずみ0.4%はTiS3のVS欠陥に対して三重項状態から一重項状態に遷移する一方, NbS3の同じ方向の引張ひずみ2.9%はVD欠陥において0.83eVのゼロフォノンラインを持つ三重項基底状態を引き起こす。 我々の研究は、TiS3およびNbS3ナノワイヤの異方性幾何は、量子応用に使用できる光学活性スピン欠陥の例外的なチューニング性をもたらすことを示した。

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