論文の概要: Dynamical-mean-field cluster-correlation expansion of NV$^-$ spin-echo decoherence in a realistic substitutional-nitrogen bath

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2611.02528v1
• Date: Mon, 02 Nov 2026 04:58:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-11-06 03:25:57.68696
• Title: Dynamical-mean-field cluster-correlation expansion of NV$^-$ spin-echo decoherence in a realistic substitutional-nitrogen bath
• Title（参考訳）: リアル置換窒素浴におけるNV$^-$スピンエコ脱コヒーレンスの動的平均クラスター相関展開
• Abstract要約: 余剰は、主にフィールドを凍結する人工物であることを示す。 14ドルのP1バスの場合、30mTのTcdot$[N]を264pm$16から188pm$12$s ppmに下げる。
• 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: The Hahn-echo time $T_2$ of nitrogen-vacancy (NV$^-$) ensembles in nitrogen-rich diamond follows the empirical relation $T_2\cdot$[N] = 160 $μ$s ppm, independent of field between 2 and 30 mT. Cluster-correlation-expansion (CCE) calculations that treat the Overhauser field of the surrounding P1 centres as a frozen, sampled mean field overestimate it at high field by up to a factor of two, an excess recently attributed to additional dark defects. We show that the excess is largely an artefact of freezing the field. The P1 centres outside each cluster flip-flop in pairs that conserve their total $S_z$, generated by kinetic Monte Carlo at golden-rule rates from the dipolar Hamiltonian without adjustable parameters, and each cluster is propagated in the resulting time-dependent field. This dynamical mean field interpolates between the static-mean-field and mean-field-free limits. For a $^{14}$N P1 bath it reduces $T_2\cdot$[N] at 30 mT from 264 $\pm$ 16 to 188 $\pm$ 12 $μ$s ppm and gives 167 $\pm$ 11 $μ$s ppm at 10 mT, 1.7 and 0.4 standard deviations from experiment, with no dark spins. Letting each centre jump independently gives 147 $\pm$ 9 $μ$s ppm at 30 mT; the correlation of the flip-flop partners lengthens $T_2$ by 20-30 percent at high field. The Overhauser field is neither frozen nor motionally narrowed: 68-83 percent of its autocorrelation survives 200 $μ$s. At 2.5 mT, where the P1 electron and nucleus hybridise, $T_2$ remains below experiment for any choice of rates, so part of the field dependence remains ($T_2$ rises by a factor 1.69 $\pm$ 0.07 instead of 2.15 $\pm$ 0.08 from 2.5 to 30 mT).
• Abstract（参考訳）: Hahn-echo time $T_2$ of nitrogen-vacancy (NV$^-$) アンサンブルは、T_2\cdot$[N] = 160$μ$s ppmという経験的関係に従い、2mTから30mTの場の独立性を持つ。 余剰は、主にフィールドを凍結する人工物であることを示す。 P1は各クラスタのフリップフロップの外側を、調整可能なパラメータを伴わずに双極子ハミルトニアンからゴールデンルルレートで運動的モンテカルロによって生成される合計$S_z$を保存したペアで中心とし、各クラスタは結果として時間依存の場に伝播する。 この力学平均場は、静的平均場と平均場自由極限の間を補間する。 30 mT の$T_2\cdot$[N] を 264 $\pm$ 16 から 188 $\pm$ 12 $μ$s ppm に減らし、167 $\pm$ 11 $μ$s ppm を 10 mT, 1.7 と 0.4 の標準偏差で、10 mT で 10$\pm$ 11 $μ$s ppm を与える。 各センターのジャンプを独立して行うと、30mTで147$\pm$9$μ$s ppmとなる。 オーバーハウザー場は凍結も運動的に狭くもせず、68-83パーセントの自己相関は200$μ$sで残っている。 2.5 mTでは、P1電子と核のハイブリダイゼーションが行われるため、T_2$は任意の速度選択の実験下にあるため、フィールド依存の一部は(2.5から30 mTでは2.15$\pm$ 0.08ではなく、1.69$\pm$ 0.07で上昇する)。

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