論文の概要: Optically Addressable Molecular Spins at 2D Surfaces

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.19988v1
• Date: Tue, 27 Jan 2026 19:00:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-29 15:46:06.630565
• Title: Optically Addressable Molecular Spins at 2D Surfaces
• Title（参考訳）: 2次元表面における光順応性分子スピン
• Authors: Xuankai Zhou, Yan-Tung Kong, Cheuk Kit Cheung, Guodong Bian, Reda Moukaouine, King Cho Wong, Yumeng Sun, Cheng-I Ho, Vladislav Bushmakin, Nils Gross, Chun-Chieh Yen, Tim Priessnitz, Malik Lenger, Sreehari Jayaram, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Anton Pershin, Ruoming Peng, Ádám Gali, Jurgen Smet, Jörg Wrachtrup,
• Abstract要約: 表面上の量子スピンセンサーは原子分解能と量子制限感度を提供する。 表面上で直接量子スピンセンサを実現するハイブリッド分子2Dアーキテクチャを実証する。 これらの分子スピンは、長いコヒーレンス、光学的アドレナビリティ、界面の汎用性を持つ表面量子センサーを形成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.5335369857810033
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Optically addressable spins at material surfaces have represented a long-standing ambition in quantum sensing, providing atomic resolution and quantum-limited sensitivity. However, they are constrained by a finite depth at which the quantum spins can be stabilized. Here, we demonstrate a hybrid molecular-2D architecture that realizes quantum spin sensors directly on top of the surface. By anchoring spin-active molecules onto hexagonal boron nitride (hBN), we eliminate the depth of the quantum sensor while also exhibiting robust spin properties from 4~K to room temperature (RT). The Hahn-echo spin coherence time exceeds \(T_2 = 3.4~\upmu\text{s}\) at 4~K, outperforming values in bulk organic crystals and overturning the prevailing expectation that spin inevitably deteriorates upon approaching the surface. By chemically tuning the molecule through deuteration, \(T_2\) improves by more than 10-fold, and under dynamic decoupling, coherence is prolonged to the intrinsic lifetime limit, exceeding 300~\(\upmu\text{s}\). Proximal proton spins and the magnetic response of two-dimensional magnets beneath the hBN layer have been detected at RT. These molecular spins form surface quantum sensors with long coherence, optical addressability, and interfacial versatility, enabling a scalable, adaptable architecture beyond what conventional solid-state platforms offer.
• Abstract（参考訳）: 材料表面における光学的に対応可能なスピンは、原子分解能と量子制限感度を提供する量子センシングにおける長年の野望を表している。 しかし、それらは量子スピンが安定化できる有限深さで制約される。 本稿では,表面上で直接量子スピンセンサを実現するハイブリッド分子2Dアーキテクチャを実証する。 六方晶窒化ホウ素(hBN)にスピン活性分子を固定することにより、量子センサーの深さをなくし、4~Kから室温(RT)までの強いスピン特性を示す。 ハーン・エチョのスピンコヒーレンス時間は 4~K において \(T_2 = 3.4~\upmu\text{s}\) を超え、バルク有機結晶の値よりも優れ、スピンが表面に近づくと必然的に劣化するという予想を覆す。 分子を減数分解によって化学的に調整することにより、(T_2\) は10倍以上に向上し、動的疎結合の下では、コヒーレンスを300~\(\upmu\text{s}\)以上の固有寿命限界まで延長する。 RTでは、近位陽子スピンとhBN層下の2次元磁石の磁気応答が検出されている。 これらの分子スピンは、長いコヒーレンス、光アドレス性、界面の汎用性を備えた表面量子センサーを形成し、従来の固体プラットフォームが提供する以上のスケーラブルで適応可能なアーキテクチャを実現する。

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