Pulsed ESR Measurement of Coherence Times in Si:P at Very Low Temperatures
W. D. Hutchison, L. K. Alexander, N. Suwuntanasarn, G. N. Milford
本文用自行设计的X波段毫开尔文脉冲ESR系统测量了同位素纯度为99.92%的28硅中磷施主自旋的退相干时间。在4.2K和0.9K下，孤立的P自旋T_2分别为260（50）ms和330（100）ms。
A purpose built millikelvin pulsed x-band ESR system is used to measure spin decoherence times of phosphorus donor spins in 99.92% isotopically pure 28 silicon. The isolated P spin T2 is estimated at 260 (50) ms at 4.2 K and 330 (100) ms at 0.9 K.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Pulsed Electron Spin Resonance of an Organic Microcrystal by Dispersive Readout
我们建立了一个实验平台系统，用于开发高灵敏度的电子自旋共振（ESR）技术，在低温下的小样品。我们的系统由一个氮化铌薄膜平面超导微谐振器设计有一个集中的模式体积耦合到少量的顺磁材料，并有弹性的磁场高达400 mT。在65 mK，我们测量高协同耦合（$C \approx 19$）的有机自由基微晶含有$10^{12}$自旋在一个皮升的体积。我们通过共振器的色散频移来检测自旋晶格退相干率。诸如此类的技术可以适用于量子信息以及极少数自旋的脉冲ESR询问中的应用，并且可以提供对例如超导量子处理器中的材料缺陷的表面化学的洞察。
ESR measurements of phosphorus dimers in isotopically enriched 28Si silicon
硅中的掺杂剂已经使用光学和电子自旋共振（ESR）光谱学研究了几十年。最近，在同位素富集的28 Si中的掺杂剂的光谱中已经观察到新的特征，因为在这种材料中减少的不均匀线宽提高了光谱分辨率。考虑到这一点，我们测量ESR交换耦合磷二聚体在28 Si和报告两个结果。首先，一个新的精细结构中观察到的ESR谱所产生的状态混合的超精细耦合到31 P核，这是增强时的交换能量是可比的塞曼能量。这种精细结构使我们能够在光谱上解决两个单独的二聚体子系综，第一个与交换（J）耦合范围从2到7 GHz，第二个与J范围从6到60 GHz。接下来，使用0.35T下的脉冲ESR测量两种二聚体子系综的平均自旋弛豫时间T1和T2。T1和T2的二聚体的三重态之间的过渡被发现是相同的孤立的磷施主在28 Si的弛豫时间，与T2 = 4 ms在1.7 K的光谱扩散限制由于偶极相互作用与相邻的施主电子自旋。这一结果与理论预测一致，表明2 - 60 GHz的交换耦合在10 ms的时间尺度下不会限制体硅中的二聚体T1和T2。
Self-trapped electrons and holes in PbBr$_2$ crystals
用电子自旋共振（ESR）技术直接观察到PbBr $_{2}$晶体中的自陷电子和空穴。在低于8 K的温度下，用3.10 eV的120 fs脉冲激光进行双光子带间激发，诱导出自陷态。ESR信号的自旋哈密顿分析表明，自陷电子中心是Pb $_2$ $^{3+}$的二聚体分子，自陷空穴中心是Br $_2$ $^-$的二聚体分子，在晶体的晶胞中有两种可能的构型.自陷电子和空穴的热稳定性表明，它们都与来自空间分离的电子-空穴对的复合的2.55 eV的蓝绿色发光带。
Pulsed Generation of Quantum Coherences and Non-classicality in Light-Matter Systems
我们表明，脉冲刺激可以用来产生多体量子相干性在一般大小的轻物质系统。具体来说，我们计算的驱动，通用的平衡系统，包括任意数量的N量子位耦合到一个全球玻色子场的精确实时演化。一种新形式的动态驱动的量子相干性出现一般N，而不必访问经验上具有挑战性的强耦合制度。它的性质取决于刺激变化的速度。非经典性出现在每个子系统中，这些子系统逃避了先前的分析。我们的研究结果显示了对损耗和噪声的鲁棒性，并且在系统水平上对各种纳米系统具有潜在的功能影响，包括空腔中的N原子，分子，自旋或超导量子位的集合-甚至可能是大分子中的振动增强光捕获过程。
Decoherence mechanisms of 209Bi donor electron spins in isotopically pure 28Si
铋（209 Bi）是硅中最深的V族施主，并且具有最极端的特性，例如9/2核自旋和1.5GHz超精细耦合。与更常见的磷供体相比，这些导致Si：Bi供体电子自旋量子位的几个潜在优势。先前对Si：Bi的研究已经使用天然硅进行，其中线宽和电子自旋相干时间受到29 Si杂质的存在的限制。用电子自旋共振（ESR）和电子核双共振（ENDOR）方法研究了同位素纯28 Si中209 Bi的结构。ESR和ENDOR线宽，跃迁概率和相干时间的理解方面的自旋哈密顿参数显示依赖于场和MI的209 Bi核自旋。我们探索各种退相干机制适用于施主电子自旋，测量相干时间高达700 ms，在1.7 K在X波段，可比28 Si：P的相干时间，我们测量密切遵循计算的场灵敏度的过渡频率，提供了一个强大的动机，探索“时钟”的过渡，相干寿命可以进一步提高。
Phosphorus Spin Coherence Times in Silicon at Very Low Temperatures
用脉冲电子自旋共振技术在极低温度下测量了同位素纯28硅中磷施主的自旋相干性。孤立自旋T2随磷浓度的变化出乎意料
Room temperature spin coherence in ZnO
时间分辨光学技术被用来探讨电子自旋动力学在体和外延样品的n型氧化锌作为温度和磁场的函数。体样品在T = 30 K时产生20 ns的自旋相干时间T2*。用脉冲激光沉积法生长的外延层样品在T = 10 K时显示出最大T2* 为2 ns，自旋进动持续到T = 280 K。
Electron spin dynamics and electron spin resonance in graphene
本文提出了一种包含本征、Bychkov-Rashba和波纹自旋轨道耦合的石墨烯自旋弛豫理论。我们从Tombros等人[Nature 448，571（2007）]的自旋弛豫数据中发现。内禀自旋-轨道耦合的耦合常数为3.7 meV。虽然它是1-3个数量级大于从第一原理获得的，我们发现，其他蜂窝系统，MgB 2和LiC 6的可比值，后者在本文中研究的电子自旋共振（ESR）。我们预测，自旋相干性是更长的自旋垂直于石墨烯平面，这是有益的自旋电子学。我们确定实验条件时，体ESR是可实现的石墨烯。
Electron spin coherence in Si/SiGe quantum wells
限制电子自旋相干时间的机制对自旋电子学具有重要意义。本文报道了六种不同结构的硅/硅锗二维电子气的电子自旋共振（ESR）和输运测量结果。自旋退相干时间$T_2^*$与从传输实验测量的2DEG密度$n_e$和动量散射时间$τ_p$一起提出。发现$T_2^*$对所施加的磁场相对于2DEG层的取向的显著依赖性，这与文献中描述的任何机制所预期的不一致。
Electrical activation and electron spin coherence of ultra low dose antimony implants in silicon
我们将超低剂量（2 × 10^11 cm-2）的121 Sb离子注入到同位素富集的28 Si中，并发现在快速热退火后，具有高度的电激活和低水平的掺杂剂扩散。脉冲电子自旋共振表明自旋回波衰减对掺杂深度和界面质量敏感。在5.2 K，自旋退相干时间，T2，为0.3 ms的发现为50 nm以下的Si/SiO2界面，增加到0.75 ms时，表面用氢钝化的配置文件峰值。这些测量为量子信息编码在施主电子自旋中的设备的开发提供了基准数据。
Influence of irradiation on defect spin coherence in silicon carbide
碳化硅（SiC）中的辐照诱导晶格缺陷已经超过了其以前的声誉，纯粹是性能抑制。由于其显著的量子特性，如长的室温自旋相干性和降尺度到单光子源水平的可能性，它们已被证明是众多量子信息应用的有希望的候选者。任何量子系统最关键的参数之一是它的量子相干性能保持多久。利用脉冲光探测磁共振（ODMR）技术，研究了中子、电子和质子辐照4 H-SiC中硅空位的自旋-晶格弛豫时间（$T_1$）和自旋相干时间（$T_2$）。我们还研究了辐照能量和样品退火的效果。我们建立了对所有类型的照射的$T_1$时间的鲁棒性，并揭示了发射体密度的$T_2$时间的通用缩放。我们的研究结果可用于优化特定任务中SiC中硅空位量子比特的相干特性。
Long spin coherence in silicon with an electrical spin trap readout
本文报道了在极强磁场（B > 8.5 T）和低温（T = 2.8 K）条件下，体硅中磷（~（31）P）的脉冲电探测磁共振。我们发现，与自旋-电荷转换的其他机制相比，同样高度极化的31 P施主电子对高度极化（>95%）传导电子的自旋相关捕获和再发射引入的退相干更少。这允许超过100微秒的自旋相干时间的电检测：比电检测自旋读出实验的先前最大值长50倍。
Pulsed Low-Field Electrically Detected Magnetic Resonance
我们提出了脉冲电检测磁共振（EDMR）测量在低磁场使用磷掺杂硅与天然同位素组成作为一个模型系统。我们的测量结果表明，脉冲EDMR实验，以及建立在X波段频率（10 GHz），如相干自旋旋转，哈恩回波，平行和反平行自旋对寿命的测量也是可行的频率在MHz制度。我们发现，在所研究的区域内，31 P电子-核自旋耦合系统的Rabi频率与磁场成正比，而自旋相干性和复合时间对磁场的依赖性并不强.小超精细相互作用的测量的脉冲低场EDMR的有用性证明由电子自旋回波包络调制测量的Pb 0悬挂键状态在Si/SiO2界面。在38 MHz和400 MHz之间的射频下观察到氢核的自由拉莫尔频率处的频率的明显调制，这归因于水吸附层中的氢的核磁共振。这表明低场EDMR对于不直接参与所研究的自旋相关输运的自旋也具有高灵敏度。
Lifting restrictions on coherence loss when characterizing non-transparent hypersonic phononic crystals
高超音速声子带隙结构限制了其波长与光的波长相当的声学振动，并且已经使用时域或频域光学光谱学进行了研究。脉冲泵浦-探测激光器是用于表征来自普通真空沉积技术的周期性多层堆叠的优选仪器，但是检测机制需要注入的声波在传播期间保持相干性。除了声学布拉格反射镜，使用串联法布里-珀罗干涉仪（TFPI）的频域研究发现了二维和三维声子晶体（PnCs）的色散，即使是高度无序的样品，但PnCs必须是透明的。在这里，我们展示了一种混合技术，用于克服时域和频域方法分别表现出的局限性：我们使用脉冲激光将相干声子注入到非透明PnC中，并在TFPI上获得声学透射谱，其中泵浦出现在自发激发（即非相干）声子旁边。选择一个金属布拉格反射镜进行说明，我们确定的带隙，并与传统的时域光谱比较，发现分辨率的混合方法，以匹配一个国家的最先进的异步光学采样设置。因此，混合泵浦-探测技术保留了已建立的技术的关键性能特征，并且对于无序样品而言，将可能是优选的。
Measuring central-spin interaction with a spin bath by pulsed ENDOR: Towards suppression of spin diffusion decoherence
我们提出了脉冲电子-核双共振（ENDOR）实验，使我们能够表征Si中的铋施主自旋量子比特与周围的29 Si杂质自旋浴之间的耦合，该自旋浴在低温（< 16 K）下提供了主要的退相干机制（核自旋扩散）。从自旋浴解耦的预测和集群相关展开模拟显示，在最佳工作点的自旋扩散几乎完全抑制。抑制的形式急剧峰值发散的自旋扩散相干时间，与先前确定的更广泛的区域不敏感的经典波动。ENDOR数据表明，各向异性的贡献是比较弱的，所以形式的分歧是在很大程度上独立的晶体取向。
Quantum spin coherence in halogen-modified Cr$_7$Ni molecular nanomagnets
决定分子磁体中自旋的量子相干性的因素之一是分子中核自旋的存在和性质。我们已经探索了通过用氘或卤素原子、氟或氯取代氢原子来修改Cr $_7$ Ni基分子纳米磁体中的核自旋环境。我们发现，自旋相干性，在低温下脉冲电子自旋共振研究，修改了一系列的因素，包括核自旋和磁矩，由于核质量的动态变化，和分子形态的变化。
Initializing, manipulating and storing quantum information with bismuth dopants in silicon
利用自旋进行量子数据存储和处理的先决条件是长的自旋相干时间。硅（Si：P）中的磷掺杂剂已被青睐作为这种自旋的主体，因为测量的电子自旋相干时间（T2）比固态中的任何其他电子自旋都长：在7 K下为14 ms。较重的杂质如硅中的铋（Si：Bi）可以与Si：P结合使用，用于需要两个单独可寻址的自旋物质的量子信息提议。然而，是否纳入的溶解度低得多的Bi到Si导致破坏相干的缺陷物种的问题还没有得到解决。在这里，我们表明，涉及Si：Bi的方案确实是可行的，因为电子自旋相干时间T2在10 K超过1 ms。我们极化了Si：Bi电子并超极化了209 Bi的I=9/2核自旋，用脉冲磁共振操纵两者。较大的核自旋意味着Si：Bi掺杂剂提供20维希尔伯特空间，而不是I=1/2 Si：P掺杂剂的四维希尔伯特空间。
Electron spin coherence of shallow donors in natural and isotopically enriched germanium
锗是一种广泛应用于电子和光电子器件的材料，近年来它已成为自旋电子学和量子计算应用的重要材料。当主体材料被同位素富集以去除任何磁核时，硅中的施主自旋已被证明支持非常长的相干时间（$T_{2}$）。锗也具有非磁性同位素，因此预期其支持长$T_{2}$，同时提供一些新性质。与Si相比，Ge具有强的自旋-轨道耦合、大的电子波函数、高迁移率和高度各向异性的导带谷，这些都将产生新的物理。在这封信中，第一个脉冲电子自旋共振（ESR）测量$T_{2}$和自旋晶格弛豫（$T_1$）时间为$^{75}$ As和$^{31}$ P的天然和同位素富集锗的供体。我们比较了不同水平的同位素富集的样品，发现由于$^{73}$ Ge核自旋的光谱扩散限制了具有显著量的$^{73}$ Ge的样品的相干性。对于最高度富集的样品，我们发现$T_1$将$T_2$限制为$T_2 = 2T_1$。我们报告的各向异性$T_1$和沿不同晶轴取向的磁场的系综线宽，但没有解决任何角度依赖于光谱扩散限制的$T_2$样品与$^{73}$锗。
Photoluminescence and Electron Spin Resonance of Silicon Dioxide Crystal with Rutile Structure (Stishovite)
电子自旋共振（ESR）和光致发光信号中观察到的生长单晶的硅镁石，表明在未照射的样品中存在的缺陷。的光致发光的接收的stishovite单晶体表现出两个主要的频带-在3 eV的蓝色和在4.75 eV的UV。发光激发的范围内的stishovite的光学透明度（低于8.75 eV），因此，归因于缺陷。在脉冲激发下观察到广泛的衰减动力学。对于蓝带，除了时间常数约为18 μs的指数衰减外，还发现了一个ms分量。对于紫外波段，除了时间常数为1-3 ns的快分量外，还得到了一个衰减为几十μs的分量。主要成分（18 μs和1-3 ns）具有典型的中心内跃迁强度热猝灭。额外的慢组分的效果与OH基团和/或修饰发光中心的碳分子缺陷的存在有关。额外的慢分量表现出波浪状的热依赖性。光热刺激的创建-破坏复合物包括主机缺陷-间隙改性剂解释慢发光波状的热依赖性。
Clock Transitions Generated by Defects in Silica Glass
本文首次在含硼或铝的二氧化硅玻璃中观测到零磁场时钟跃迁，相干时间达16 μs，并提出该现象源于硼空位或铝空位中心。
Five-second coherence of a single spin with single-shot readout in silicon carbide
碳化硅（SiC）中缺陷自旋量子比特的一个突出障碍是单次读出-量子态的确定性测量。在这里，我们展示了单次读取SiC中的单个缺陷通过自旋-电荷转换，从而缺陷的自旋状态被映射到一个长寿命的电荷状态。通过这种技术，我们实现了超过80%的读出保真度，而无需预选择或后选择，从而获得高信噪比（SNR），使我们能够测量长的自旋相干时间。结合同位素纯化的宿主材料中的脉冲动态去耦序列，我们报告了单自旋T2> 5s，比以前在该系统中报告的大两个数量级。将这些相干自旋态映射到单电荷上解锁了可扩展量子节点的单次读出和通过与半导体器件集成进行电读出的机会。
Resistivity, Hall effect, and anisotropic superconducting coherence lengths of HgBa$_2$CaCu$_2$O$_{6+δ}$ thin films with different morphology
用脉冲激光沉积法在SrTiO $_3$衬底上制备了高温超导体HgBa $_2$ CaCu $_2$ O $_{6+δ}$的薄膜。这种薄膜的微观结构特性可以有很大的不同，并已通过X射线衍射和原子力显微镜分析。而电阻率显着增强的样品与粗晶粒结构，霍尔效应表现出很小的变化。这种差异进行了讨论的基础上模型在粒状材料中的传输特性。我们发现，尽管形态的变化，所有的样品具有相似的超导性能。临界温度$T_c \sim 121.2$ K、$\dots 122.0$ K、电阻率和霍尔数据表明样品是最佳掺杂的。通过对零磁场和有限磁场中超导序参量涨落的分析，得到了零温下的面内$ξ_{ab}(0) \sim 2.3$ nm $\dots 2.8$ nm和面外$ξ_{c}(0) \sim 0.17$ nm $ \dots 0.24$ nm Ginzburg-Landau相干长度.霍尔测量提供了正常状态下的载流子散射缺陷和晶粒内部超导状态下的涡旋钉扎特性的估计。
Analysis of quantum coherence in bismuth-doped silicon: a system of strongly coupled spin qubits
人们越来越关注铋掺杂硅（Si：Bi）作为使用磷掺杂硅（Si：P）的基于硅的量子信息处理（QIP）的充分研究的提议的替代物。在这里，我们专注于其强烈的超精细耦合的影响。特别是，我们详细分析的制度，最近的脉冲磁共振实验已经证明了潜在的数量级加速在量子门利用电子顺磁共振（EPR）禁止在高场的过渡。我们还提出了计算使用的现象学马尔可夫模型的电子自旋的退相干由于高斯时间磁场扰动的主方程。该模型量化了被识别为$df/dB=0$区域的某些“最佳工作点”的优点，其中$f$是过渡频率，其以频率最小值和最大值的形式出现。我们表明，在这样的区域，由于电子自旋的相互作用，在$z$方向（通常是绝热）的波动磁场的退相被完全删除。
Electron spin relaxations of phosphorus donors in bulk silicon under large electric field
通过电场调制施主电子波函数对于基于硅中施主自旋的量子计算架构至关重要。对于实际和可扩展的应用，基于施主的量子位必须在任何现实的实验条件下保持足够长的相干时间。在这里，我们提出了脉冲电子自旋共振研究的纵向$(T_1)$和横向$(T_2)$弛豫时间的磷施主在体硅与不同的电场强度，直到近雪崩击穿在约1.2 T的高磁场和约8 K的低温。我们发现，$T_1$弛豫时间显着减少下，由于电流的大电场，和$T_2$的影响，因为$T_1$过程可以占主导地位的退相干。此外，我们表明，硅中的磁阻效应可以被利用作为一种手段，以打击减少的相干时间。虽然量子位相干时间必须比量子门时间长得多，但是当量子位状态初始化依赖于热平衡时，可以发现电加速的$T_1$是有用的。
Time-resolved and continuous-wave optical spin pumping of semiconductor quantum wells
报道了CdTe/（Cd，Mg）Te半导体量子阱中驻留电子的全光自旋抽运和探测的实验和理论研究。双色Hanle-MOKE技术（基于连续波激发）和时间分辨克尔旋转的共振自旋放大制度（基于脉冲激发）提供了一个互补的电子自旋弛豫时间的测量。通过光谱和温度依赖性研究了电子局域化对长寿命自旋相干性的影响。各种情况下的自旋极化产生（通过trion和激子状态）进行了分析和连续波和脉冲激发之间的差异被认为是。讨论了$g$因子的非均匀分布和各向异性自旋弛豫时间对测量结果的影响。
Constructing Clock-Transition-Based Two-Qubit Gates from Dimers of Molecular Nanomagnets
一个好的量子位必须有足够长的相干时间来执行门操作。避免的电平交叉允许时钟转换，其中通过转换对外部场中的波动的不敏感性来增强相干性。由于这种不敏感性，如何在保持时钟转换行为的同时有效地将量子位耦合在一起并不明显。在这里，我们提出了一个使用两个耦合分子纳米磁体的异二聚体的方案，每个都具有在零磁场的时钟跃迁，其中实现一个和两个量子位门所需的所有门操作可以用脉冲射频辐射来实现。我们表明，在二聚体中的纳米磁体之间的现实的耦合强度，可以实现良好的栅极结晶度（$\sim$ 99.4\%）。我们确定的主要来源的错误，在实施门，并讨论如何可以减轻这些，并调查这样的系统是一个可行的平台，实现量子计算协议所需的相干时间的范围。
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