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秒速牛牛平台:通过单重态-三重态跃迁增强交换耦合自旋中的量子相干性

2019-10-10     来源:秒速牛牛玩法         内容标签:秒速牛牛平台,通过,单重态,三重,态,跃迁,增强

导读:在单原子尺度上操纵自旋态是基于自旋的量子信息处理和自旋电子器件的基础。由于与环境的相互作用,这些应用需要保护自旋态以防止量子退相干。虽然单个自旋很容易被破坏,但耦

在单原子尺度上操纵自旋态是基于自旋的量子信息处理和自旋电子器件的基础。由于与环境的相互作用,这些应用需要保护自旋态以防止量子退相干。虽然单个自旋很容易被破坏,但耦合自旋系统可以通过使用不受磁场波动影响的子空间来抵抗退相干。在这里,我们设计了两个自旋1/2原子的电子自旋之间的磁相互作用,以创建“时钟转换”,从而增强它们的自旋相干性。为了构造和电接触所需的自旋结构,我们在扫描隧道显微镜中使用原子操纵结合电子自旋共振(ESR)。我们表明,由单重态和三重态组成的两级系统对局部和全局磁场噪声不敏感,导致与单个原子相比更长的自旋相干时间。此外,由与ESR的零差读出显着降低了与隧道电子相互作用产生的自旋退相干。这些结果表明,可以设计和组装原子级精确的自旋结构,以提高量子相干性。

引言

自旋态的相干控制是在量子信息技术中使用自旋的先决条件(1-3)。然而,固态纳米结构中自旋态的量子特性很容易被与环境的相互作用破坏,例如电场或磁场噪声(4),以及与附近自旋(5,6)的不希望的耦合。为了保护自旋态免受退相干,离子陷阱(7,8),硅基量子位(9)和量子点(10-12)采用了称为“时钟跃迁”的特定自旋跃迁,这种自旋跃迁本质上对磁场波动具有鲁棒性(7)。通过仔细调整耦合电子-核(7,8)或电子-电子系统(9)的自旋哈密顿量中的参数,这些基于时钟转换的自旋量子位已被创建并显示出对磁场噪声不敏感,至少要先排序。

要通过实验解决退相干来源,对个别旋转中心进行良好控制的研究至关重要(13)。扫描隧道显微镜(STM)已被广泛用于构建和表征自旋结构(14,15)。虽然已经使用STM研究了单个原子(16,17),分子(18)和纳米结构(19-21)的自旋弛豫时间(T1),但是表面原子的自旋相干时间(T2)主要针对个体进行讨论。原子(17,22)和理论工作(23-25)。最近,STM中的电子自旋共振(ESR)已被应用于电感测和控制表面(26)上的各个磁原子以及它们之间的相互作用(27-29)。结合ESR的高能量分辨率和STM以原子精度定位各个自旋中心的能力,ESR-STM现在可以探索组装纳米结构中的退相干。

在这项工作中,我们创造了两个-使用两个磁耦合自旋-1/2钛(Ti)原子的磁场无关自旋态的水平系统。精确地选择原子之间的间隔以产生相对强的磁耦合(~30GHz),其保护自旋状态免受波动的磁场的影响。两级系统由具有磁量子数m=0的单线态和三线态组成,因此,它对一阶(3)的磁场波动不敏感。与耦合原子系统中的其他状态和单独的Ti原子相比,这给出了自旋相干时间长一个数量级以上。我们通过将DC偏置电压设置为零来进一步改善相干时间,以减少隧穿电子引起的退相干(22)。这是通过使用零差检测实现的,这是一种先前用于铁磁共振电检测的机制(30,31),此处应用于ESR-STM。

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