論文の概要: Coherence-Based Identification of Carbon-Based Spin Qubits in Hexagonal Boron Nitride from First Principles

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.20833v1
• Date: Fri, 21 Aug 2026 07:58:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-24 14:49:32.451297
• Title: Coherence-Based Identification of Carbon-Based Spin Qubits in Hexagonal Boron Nitride from First Principles
• Title（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素の第一原理からの炭素系スピン量子のコヒーレンスに基づく同定
• Abstract要約: 六方晶窒化ホウ素の炭素関連欠陥は室温単一スピン量子ビットと量子センサーを約束している。 ここでは、電子スピンデコヒーレンスの第一原理計算を用いて、各欠陥の原子構造がスピンコヒーレンスに印加されていることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.578263527984827
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Carbon-related defects in hexagonal boron nitride are promising room-temperature single-spin qubits and quantum sensors, but their atomic structures remain largely unidentified. Here we show, using first-principles calculations of electron-spin decoherence, that the atomic structure of each defect is imprinted in its spin coherence. Mapping the Hahn-echo dynamics of seven candidate carbon defects across magnetic field and four isotope-engineered nuclear-spin baths, we find that electron-spin-echo envelope modulation emerges at defect-specific magnetic fields, at which the nearest-neighbor nuclear spins satisfy a cancellation condition set by their hyperfine and quadrupole couplings. Both the fields and the modulation frequencies follow from an analytical model using computed hyperfine and quadrupole tensors alone, and they shift or vanish upon isotope substitution. At low fields, the field dependence of the coherence time separates the defects into two classes according to the sublattice occupied by carbon. These decoherence fingerprints, directly testable in isotope-engineered samples, establish a structural identification route complementary to optical spectroscopy.
• Abstract（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素の炭素関連欠陥は室温単一スピン量子ビットと量子センサーを約束しているが、原子構造はほとんど不明である。 ここでは、電子スピンデコヒーレンスの第一原理計算を用いて、各欠陥の原子構造がスピンコヒーレンスに印加されていることを示す。 7つの炭素欠陥と4つの同位体エンジニアリングされた核スピン浴のハーン・エチョダイナミクスをマッピングすると、電子スピン-エチョエンベロープ変調が欠陥特異的磁場に出現し、最も近い隣の核スピンがその超微粒子と四重極結合によって設定されたキャンセル条件を満たすことが分かる。 場と変調周波数は、計算された超微粒子テンソルと四重極テンソルのみを用いて解析モデルから追従し、同位体置換によってシフトまたは消滅する。 低磁場では、コヒーレンス時間の磁場依存性は、炭素が占有する亜格子に従って欠陥を2つのクラスに分離する。 これらの脱コヒーレンス指紋は、同位体工学的なサンプルで直接検査可能であり、光学分光を補完する構造的同定経路を確立する。

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