論文の概要: Enhancing Coherence of Spin Centers in p-n Diodes via Optimization Algorithms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.21874v1
• Date: Thu, 23 Apr 2026 17:17:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-24 14:40:06.782155
• Title: Enhancing Coherence of Spin Centers in p-n Diodes via Optimization Algorithms
• Title（参考訳）: 最適化アルゴリズムによるp-nダイオードにおけるスピン中心のコヒーレンス向上
• Authors: Jonatan A. Posligua, David E. Stewart, Denis R. Candido,
• Abstract要約: 固体スピン欠陥は量子技術の構成要素として大きな可能性を秘めている。 逆バイアスの下でスピンセンターを$p$-$n$ダイオードに埋め込み、光線幅を狭める強力な戦略であることが証明された。 我々は、スピンセンターの光線幅を最小化するスケールド降下勾配最適化アルゴリズムを開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Solid-state spin defects hold great promise as building blocks for various quantum technologies. Embedding spin centers in $p$-$n$ diodes under reverse bias has proved to be a powerful strategy to narrow the optical linewidth and increase spin coherence, while also enabling control of the photoluminescence wavelength via Stark shift. Given the multitude of parameters influencing spin centers in diodes (e.g., doping densities and profiles, temperature, bias voltage, spin center position), a question that has not yet been answered is: which set of these design parameters maximizes spin center coherence? In this work, we address this question by developing a scaled gradient descent optimization algorithm that minimizes the optical linewidth of spin centers by combining the numerical solution of a diode's Poisson equation with calculated charge noise from the non-depleted regions. Our optimization is performed for both single- and multiple-parameter cases for divacancies in SiC $p$-$i$-$n$ diodes, including reverse-bias voltage, doping density and profile, and diode total length. Importantly, the optimization is subject to realistic physical constraints, such as small operating bias voltages, avoidance of the dielectric breakdown regime and physical thresholds for doping density. Additionally, due to the leakage current at reverse bias voltages, we develop a new formalism to investigate its influence on coherence. We show that the corresponding noise can be mitigated by implanting spin defects away from the diode's surfaces. Our work provides guidance on experimentally relevant diodes for hosting spin centers with the narrowest optical linewidths and longest coherence times.
• Abstract（参考訳）: 固体スピン欠陥は、様々な量子技術の構成要素として大きな可能性を秘めている。 逆バイアス下でスピン中心を$p$-$n$ダイオードに埋め込むことは、光線幅を狭め、スピンコヒーレンスを増大させる強力な戦略であり、同時にスタークシフトによる発光波長の制御も可能であることが証明された。 ダイオード中のスピンセンタに影響を与えるパラメータ(例えば、ドーピング密度とプロファイル、温度、バイアス電圧、スピンセンタ位置)が多々あることを踏まえると、まだ答えられていない疑問は、どの設計パラメータがスピンセンタコヒーレンスを最大化するかである。 本研究では、ダイオードのポアソン方程式の数値解と非枯渇領域の計算された電荷雑音を組み合わせることで、スピン中心の光線幅を最小化するスケールド勾配勾配勾配最適化アルゴリズムを開発することにより、この問題に対処する。 SiC$p$-$i$-$n$ダイオードにおいて,逆バイアス電圧,ドーピング密度とプロファイル,ダイオード総長を含む単一パラメータと複数パラメータのダイオードに対して最適化を行った。 重要なことは、この最適化は、小さな動作バイアス電圧、誘電体破壊機構の回避、ドーピング密度の物理しきい値などの現実的な物理的制約を受けることである。 また、逆バイアス電圧におけるリーク電流により、コヒーレンスへの影響を調査するための新しい定式化法を開発した。 ダイオードの表面からスピン欠陥を埋め込むことで、対応するノイズを軽減できることを示す。 我々の研究は、最も狭い光線幅と長いコヒーレンス時間でスピンセンターをホストする実験的なダイオードに関するガイダンスを提供する。

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