論文の概要: Dominant vibronic relaxation channels in a europium-based molecular qubit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.21520v1
• Date: Mon, 18 May 2026 18:49:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-22 20:14:18.458193
• Title: Dominant vibronic relaxation channels in a europium-based molecular qubit
• Title（参考訳）: ユーロピウム系分子量子ビットにおける支配的な振動緩和チャネル
• Authors: Neil Iyer,
• Abstract要約: 分子スピン量子ビットは量子情報処理のための汎用的なプラットフォームを提供する。 核スピンキュビットEu(dpphen)(NO3)3のスピン格子緩和時間について検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Molecular spin qubits offer a versatile platform for quantum information processing due to their synthetic tunability and well-defined electronic structure. Here, a fitted-parameter-free computational framework combining density functional theory (DFT), time-dependent DFT (TD-DFT), and Redfield theory is applied to investigate the longitudinal spin-lattice relaxation time $T_1$ of the Eu nuclear spin qubit Eu(dpphen)(NO3)3. Using a single-molecule gas-phase model, the experimental long relaxation component $T_{1,\mathrm{long}} = 41.39$ s is reproduced within a factor of 1.4 (calculated: 55.88 s at 4.2 K), indicating that the slow relaxation channel is governed by intramolecular vibronic coupling. In contrast, the calculated $T_{1,\mathrm{short}}$ deviates by a factor of 66, highlighting the importance of crystal lattice and intermolecular effects absent from the model. The experimental $^5D_0 \rightarrow {}^7F_0$ optical transition is reproduced to within 1.1%, supporting the accuracy of the electronic structure description. Vibrational analysis identifies a large-amplitude dpphen rocking mode at a frequency of $332.02~\mathrm{cm}^{-1}$ as the dominant vibronic coupling channel, while electric field gradient (EFG) derivative analysis independently identifies another nitrate-rocking mode at $180.57~\mathrm{cm}^{-1}$ as the primary modulator of the nuclear spin environment via nitrate motion. These results are consistent with a near-maximal quadrupole asymmetry parameter $η= 0.941$, which creates state mixing through off-diagonal quadrupolar terms. Overall, the results establish a single-molecule relaxation baseline and suggest targeted ligand rigidification and substitution strategies to suppress decoherence.
• Abstract（参考訳）: 分子スピン量子ビットは、量子情報処理のための汎用的なプラットフォームを提供する。 ここでは、密度汎関数理論(DFT)、時間依存DFT(TD-DFT)、レッドフィールド理論を組み合わせて、Eu核スピン量子ビットEu(dpphen)(NO3)3の縦スピン格子緩和時間$T_1$を調べる。 単一分子ガス相モデルを用いて、実験的な長緩和成分である$T_{1,\mathrm{long}} = 41.39$ s を1.4(計算:55.88 s at 4.2K)の範囲内で再生し、緩やかな緩和チャネルが分子内ビブロニックカップリングによって制御されることを示す。 対照的に、計算された$T_{1,\mathrm{short}}$は66の因子によって逸脱し、結晶格子の重要性とモデルから欠落する分子間効果を強調している。 実験的な$^5D_0 \rightarrow {}^7F_0$光遷移は1.1%以内に再現され、電子構造記述の精度が向上する。 振動解析では332.02~\mathrm{cm}^{-1}$の周波数で大振幅のダッペン・ロッキングモードを支配的な振動結合チャネルとし、電場勾配(EFG)微分解析では別の硝酸塩・ロッキングモードを180.57〜\mathrm{cm}^{-1}$で独立に同定する。 これらの結果は、ほぼ最大四極子非対称性のパラメータ $η=0.941$ と一致しており、これは外対角四極子項を通して状態が混合される。 その結果, 単一分子緩和基線が確立され, 脱コヒーレンスを抑制するためのリガンドの固化および置換戦略が示唆された。

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