論文の概要: Experimental Quantification of Spin-Phonon Coupling in Molecular Qubits using Inelastic Neutron Scattering
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.02792v1
- Date: Mon, 02 Feb 2026 20:49:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-04 18:37:15.081558
- Title: Experimental Quantification of Spin-Phonon Coupling in Molecular Qubits using Inelastic Neutron Scattering
- Title（参考訳）: 非弾性中性子散乱による分子量子ビット中のスピン-フォノンカップリングの実験的定量化
- Authors: Stefan H. Lohaus, Kay T. Xia, Yongqiang Cheng, Ryan G. Hadt,
- Abstract要約: 分子スピン系では、化学的チューニング性と原子スケール分解能は密度が高く、熱的にアクセス可能なフォノンスペクトルを伴っている。
スピンフォノンカップリング(SPC)の定量化のための完全実験手法を提案する。
この枠組みを2つのモデルS=1/2系、銅(II)フタロシアニン(CuPc)および銅(II)オクタエチルポルフィリン(CuOEP)に適用する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.2183345177107916
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Electronic spin superposition states enable nanoscale sensing through their sensitivity to the local environment, yet their sensitivity to vibrational motion also limits their coherence times. In molecular spin systems, chemical tunability and atomic-scale resolution are accompanied by a dense, thermally accessible phonon spectrum that introduces efficient spin relaxation pathways. Despite extensive theoretical work, there is little experimental consensus on which vibrational energies dominate spin relaxation or how molecular structure controls spin-phonon coupling (SPC). We present a fully experimental method to quantify SPC coefficients by combining temperature-dependent vibrational spectra from inelastic neutron scattering with spin relaxation rates measured by electron paramagnetic resonance. We apply this framework to two model S = 1/2 systems, copper(II) phthalocyanine (CuPc) and copper(II) octaethylporphyrin (CuOEP). Two distinct relaxation regimes emerge: below 40 K, weakly coupled lattice modes below $50~\mathrm{cm}^{-1}$ dominate, whereas above 40 K, optical phonons above ~$185~\mathrm{cm}^{-1}$ become thermally populated and drive relaxation with SPC coefficients nearly three orders of magnitude larger. Structural distortions in CuOEP that break planar symmetry soften the crystal lattice and enhance anharmonic scattering, but also raise the energy of stretching modes at the molecular core where the spins reside. This redistributes vibrational energy toward the molecular periphery and out of plane, ultimately reducing SPC relative to CuPc and enabling room-temperature spin coherence in CuOEP. Although our method does not provide mode-specific SPC coefficients, it quantifies contributions from distinct spectral regions and establishes a broadly applicable, fully experimental link between crystal structure, lattice dynamics, and spin relaxation.
- Abstract（参考訳）: 電子スピン重畳状態は局所環境に対する感度を通じてナノスケールのセンシングを可能にするが、振動運動に対する感度もコヒーレンス時間を制限する。
分子スピン系では、化学的チューニング性と原子スケールの分解能は、効率的なスピン緩和経路をもたらす高密度で熱的にアクセス可能なフォノンスペクトルを伴う。
広範な理論的な研究にもかかわらず、振動エネルギーがスピン緩和を支配するか、分子構造がスピン-フォノン結合(SPC)を制御するかという実験的な合意はほとんどない。
本研究では、非弾性中性子散乱による温度依存性振動スペクトルと、電子常磁性共鳴によるスピン緩和速度を組み合わせたSPC係数の定量化方法を提案する。
この枠組みを2つのモデルS=1/2系,銅(II)フタロシアニン(CuPc)および銅(II)オクタエチルポルフィリン(CuOEP)に適用した。
40 K未満では、50~\mathrm{cm}^{-1}$以下では弱い結合格子モードが支配的であるが、40 K以上では、 ~$185~\mathrm{cm}^{-1}$以上の光フォノンが熱的に占有され、SPC係数で緩和される。
平面対称性を破るCuOEPの構造歪みは結晶格子を軟化させ、非調和散乱を促進させるが、スピンが存在する分子核におけるストレッチモードのエネルギーを上昇させる。
これは分子の周囲と外部への振動エネルギーを再分配し、最終的にCuPcに対するSPCを減少させ、CuOEPにおける室温スピンコヒーレンスを可能にする。
本手法では, モード特異的なSPC係数は提供していないが, 異なるスペクトル領域からのコントリビューションを定量化し, 結晶構造, 格子力学, スピン緩和の完全実験的なリンクを確立する。
関連論文リスト
- Identification and Optimization of Accurate Spin Models for Open-Shell Carbon Ladders with Matrix Product States [0.1749935196721634]
オープンシェルナノグラフェンは、$$$電子系から生じる相関磁性を研究するための制御された設定を提供する。
強結合スペクトルを特徴とするオリゴ (indenoindene) 分子, 非二部炭素層の解析を行い, その低エネルギー特性が相互作用するスピン-1/2自由度に効果的にマッピング可能であることを示した。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-12-21T11:16:10Z) - Quantum Sensing of Copper-Phthalocyanine Electron Spins via NV Relaxometry [5.279375755987053]
分子スピンシステムは量子情報処理とナノスケールセンシングの候補として有望である。
多結晶銅フタロシアニン薄膜の電子スピンアンサンブルをプローブするために、ダイヤモンド中の浅い窒素空孔中心のT_1$リラクソメトリーを用いる。
この結果は、分子スピン系の強力なプローブとしてNV中心を確立し、分子量子ビット、スピン浴工学、ハイブリッド量子材料に関する洞察を提供する。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-11-05T05:33:13Z) - Exploring the mechanisms of transverse relaxation of copper(II)-phthalocyanine spin qubits [9.695800379962364]
分子スピン量子ビットは量子技術の候補として期待できるが、その性能は様々なメカニズムから生じるデコヒーレンスによって制限される。
本稿では,銅(II)フタロシアニン(CuPc)の横緩和機構を電磁フタロシアニンホストに希釈するための体系的および理論的枠組みを提案する。
我々の研究は、量子応用における電子スピン密度の好ましい値を特定し、アンサンブルコヒーレンス時間を予測するための伝達可能な方法論を提供する。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-11-05T05:32:56Z) - Spin-Electric Control of Individual Molecules on Surfaces [0.0]
表面吸着した2つの分子スピン系,鉄フタロシアニン (FePc) およびFe-FePc錯体に対するスピン電結合(SEC)を提案する。
スピンダイナミクスをチューニングし、電気的に制御された量子演算への経路を示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-07-18T07:03:05Z) - Probing dynamics of a two-dimensional dipolar spin ensemble using single
qubit sensor [62.997667081978825]
ダイヤモンド結晶表面上の電子スピンの2次元アンサンブルにおける個々のスピンダイナミクスを実験的に検討した。
この不規則に緩やかな緩和速度は、強い力学障害の存在によるものであることを示す。
我々の研究は、強く相互作用する無秩序なスピンアンサンブルにおける量子熱化の微視的研究と制御への道を開いた。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-07-21T18:00:17Z) - Visualizing spinon Fermi surfaces with time-dependent spectroscopy [62.997667081978825]
固体系において確立されたツールである時間依存性光電子分光法を低温原子量子シミュレーターに応用することを提案する。
1次元の$t-J$モデルの正確な対角化シミュレーションで、スピノンが非占有状態の効率的なバンド構造に出現し始めることを示す。
ポンプパルス後のスペクトル関数の依存性はスピノン間の集団的相互作用を明らかにする。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-05-27T18:00:02Z) - Collective P-Wave Orbital Dynamics of Ultracold Fermions [0.0]
光学格子の第1励起帯におけるスピン偏極超低温フェルミオンの非平衡軌道ダイナミクスを考察する。
特定の格子深さと充填構成は、$p_x$と$p_y$の励起軌道自由度を擬似スピンとして振る舞うように設計されている。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-04-13T19:47:05Z) - Controlled coherent dynamics of [VO(TPP)], a prototype molecular nuclear
qudit with an electronic ancilla [50.002949299918136]
本稿では,[VO(TPP)](バナジルテトラフェニルポルフィリン酸塩)が量子計算アルゴリズムの実装に適していることを示す。
超微細相互作用によって結合された電子スピン1/2を核スピン7/2に埋め込み、どちらも顕著なコヒーレンスによって特徴づけられる。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-03-15T21:38:41Z) - Chemical tuning of spin clock transitions in molecular monomers based on
nuclear spin-free Ni(II) [52.259804540075514]
単核ニッケル錯体の電子スピン準位が最も低い2つの電子準位の間に、大きさの大きい量子トンネル分割が存在することを報告する。
このギャップに関連するレベルの反交差(磁気時計遷移)は、熱容量実験によって直接監視されている。
これらの結果と、対称性によってトンネルが禁止されているCo誘導体との比較は、クロック遷移が分子間スピン-スピン相互作用を効果的に抑制することを示している。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-03-04T13:31:40Z) - Effect of phonons on the electron spin resonance absorption spectrum [62.997667081978825]
磁気活性系の電子スピン共鳴(ESR)信号に対するフォノンと温度の影響をモデル化する。
ESR信号の抑制はフォノンの膨張によるものであるが、軌道クエンチングの一般的な仮定に基づくものではない。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-04-22T01:13:07Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。