Detection and control of single proton spins in a thin layer of diamond grown by chemical vapor deposition
我们报道了利用金刚石中氮空位中心的电子自旋作为量子传感器来探测和相干控制单个质子核自旋。除了通过采用多脉冲序列确定NV-质子超精细参数外，我们还对单质子自旋进行了相干旋转，并检测到了诱导的自由进动。自由感应衰变的观测是高分辨质子核磁共振的重要组成部分，本文将其扩展到原子尺度。我们还讨论了质子的起源，在化学气相沉积生长过程中，这提供了一个机会，使用金刚石中的质子作为内置的量子存储器耦合的NV中心。
2020-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Free-induction decay and envelope modulations in a narrowed nuclear spin bath
我们评估的自由感应衰减的横向分量的本地化电子自旋耦合到一个浴的核自旋通过费米接触超精细相互作用。我们的微扰处理是有效的特殊（窄）浴初始条件和当塞曼能量的电子$b$超过总超精细耦合常数$A$：$b>A$。使用一个统一的和系统的方法，我们恢复以前的结果报告在短期和长期使用不同的技术。我们发现了一个新的和意想不到的调制的自由感应衰变信封，这是目前即使是一个纯粹的各向同性超精细相互作用没有自旋回波和一个单一的核物种。我们给子领导的退相干率的修正，并表明，在一般情况下，退相干率有一个非单调依赖于电子塞曼分裂，导致一个明显的最大值。这些结果说明了方法的局限性，利用领导阶有效的哈密顿量和重指数的短时间扩展的强相互作用系统与非马尔可夫（历史依赖）的动态。
2009-11-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Free induction decay of a superposition stored in a quantum dot
研究了量子点中性激子态中高保真初始态叠加态的自由演化。在稍后的时间读出的状态是通过偏振光子检测，平均在大量的周期。通过控制精细结构分裂（FSS）的点与直流电场，我们表明减少的程度时，分裂最小化的信号的偏振。与在核磁共振中观察到的"自由感应衰减"类似，我们将其归因于半导体中原子核的超精细相互作用。我们数值模拟这种效果，并找到良好的协议与实验研究。我们的研究结果有影响的存储在固态系统中的叠加和纠缠光子对发射协议，需要一个小的值的FSS。
2012-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Microwave-free magnetometry with nitrogen-vacancy centers in diamond
我们利用带负电荷的氮空位中心的光致发光中的磁场依赖性特征来测量磁场，而不使用微波。特别是，我们提出了一个磁力计的基础上的水平反交叉在三重基态在102.4 mT的6 nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$，由激光的强度噪声和背景场电源的性能的限制，证明了本底噪声。这里提出的技术可用于传感器靠近导电材料放置的应用，例如磁感应断层扫描或磁场测绘，以及遥感应用，因为原则上不需要电接入。
2016-06-09 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Unveiling the interplay of Mollow physics and perturbed free induction decay by nonlinear optical signals of a dynamically driven two-level system
本文研究了有限持续时间激光脉冲激发二能级系统的非线性光学探测信号，发现其光谱在特定时间延迟下出现额外小峰，并通过 Mollow 三重态物理与受扰自由感应衰减效应的结合解释了该现象。
2023-11-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Free induction decays in nuclear spin-1/2 lattices with small number of interacting neighbors: the cases of silicon and fluorapatite
自旋为1/2的晶格中每个自旋都有一个小的有效数量的相互作用的邻居代表了一个特殊的挑战第一性原理计算的自由感应衰变（FID）观察到的核磁共振（NMR）。挑战源于这样一个事实，即这些晶格远离经典自旋模拟表现良好的极限。在这里，我们使用最近开发的量子-经典混合模拟方法来计算$^{29}$富硅和氟磷灰石的核FID。在这些固体中，小的有效数量的相互作用的邻居是由于分区的晶格成对强耦合的自旋（硅），或由于分区成强耦合的链（氟磷灰石）。我们发现一个很好的整体协议之间的混合仿真结果和实验。此外，我们介绍了一个扩展的混合方法，我们称之为“耦合量子簇”的方法。在$^{29}$富硅上进行了测试，发现其表现出优异的性能。
2019-11-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Investigation of room temperature multispin-assisted bulk diamond 13C hyperpolarization at low magnetic fields
在这项工作中，我们研究了金刚石中块体13 C核在热平衡以上极化的时间行为。这种非热核超极化是通过金刚石中两个与氮有关的顺磁缺陷物种之间的交叉弛豫结合光泵浦实现的。测量了四种不同磁场下超极化的衰减。此外，我们使用与传统的核共振测量的比较，以确定所涉及的核自旋相对于缺陷的距离，因此耦合强度。此外，仔细观察信号的线宽可以提供有价值的信息来拼凑超极化机制的谜题。
2018-02-14 cond-mat.mes-hall
Environmentally mediated coherent control of a spin qubit in diamond
自旋量子比特的相干控制形成了量子信息处理和纳米级传感、成像和光谱学中的许多应用的基础。这种控制通常通过用谐振全局场（通常在微波频率下）直接驱动量子比特跃迁来实现。在这里，我们介绍了一种依赖于附近环境自旋的共振驱动的方法，当环境自旋拉比频率与量子比特共振相匹配时，其局部磁场反过来驱动量子比特。环境介导共振（EMR）的概念是使用基于金刚石中单个氮空位（NV）中心的量子位进行实验探索的，附近的电子自旋作为环境介质。我们展示了EMR驱动的NV自旋态的相干控制，包括拉比振荡，自由感应衰减和自旋回波的观察。这种技术还提供了一种方法来探测自旋量子位的纳米级环境，我们通过在各种设置中获取单个NV中心的电子自旋共振谱来说明这一点。
2017-02-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sensing electrochemical signals using a nitrogen-vacancy center in diamond
具有高灵敏度的化学传感器，可以在极端条件下使用，并且可以小型化，在科学和工业中具有很高的兴趣。金刚石中的氮空位（NV）中心由于其电子自旋的长相干时间和光学可及性而成为纳米传感器的理想候选者。在这项理论工作中，我们建议使用NV中心来检测从电解质溶液中出现的电化学信号，从而获得浓度传感器。为此，我们建议使用NV中心（$1/T^*_2$）的电子自旋的非均匀退相速率作为信号。我们表明，对于一个范围内的平均离子浓度的电解质溶液中的大部分，电场波动产生的扩散波动的局部浓度的离子，导致移相率，可以推断从自由感应衰减测量。此外，我们表明，对于一系列的浓度，在NV中心的位置处产生的电场也可以用来估计离子的浓度。
2021-02-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupled charge and spin dynamics in high-density ensembles of nitrogen-vacancy centers in diamond
研究了富氮单晶金刚石中氮空位（NV）心系综的自旋去极化。我们发现，在黑暗中的NV中心的浓度的偏振态的演变有很强的依赖性。在低激发功率下，我们观察到一个简单的指数衰减曲线在低密度制度和矛盾的倒指数分布在高密度制度。在较高的激发功率下，我们观察到复杂的行为，在制备脉冲之后发光信号的初始急剧上升，随后是较慢的指数衰减。磁场和激发激光功率依赖的测量表明，发光信号的快速初始增加与在黑暗中的氮空位中心的充电（从中性到带负电荷）有关。慢弛豫分量对应于NV系综的纵向自旋弛豫。衰减曲线的形状反映了两种机制之间的相互作用：在黑暗中的NV电荷态转换和纵向自旋弛豫。这些机制，反过来，在激发过程中的电离，充电和极化动力学的影响。有趣的是，我们发现，即使在非常微弱的激发功率下，电荷动力学在NV密集的样品中也占主导地位。这些意见可能是很重要的合奏使用NV中心的旋进磁力测量和传感应用。
2017-12-29 cond-mat.mes-hall
All-Optical Nuclear Quantum Sensing using Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
针对现有量子传感依赖微波/射频驱动的局限，提出基于金刚石NV中心¹⁵N核自旋的全光相干量子传感方案，利用激发态能级反交叉附近的自旋动力学实现核自旋泵浦，在单自旋和系综上演示了低频传感核心的自由感应衰减测量，推动紧凑量子传感器在苛刻环境的应用。
2022-12-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical-power-dependent splitting of magnetic resonance in nitrogen-vacancy centers in diamond
本文研究了金刚石NV中心ODMR分裂宽度的光功率依赖性，发现其随光功率指数衰减并饱和，且饱和光功率几乎与样品无关，归因于非轴对称形变或杂质，表明低形变金刚石更利于精确测磁。
2023-07-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Decay of the rotary echoes for the spin of a nitrogen-vacancy center in diamond
我们研究了氮空位（NV）中心在周期性反向强驱动场（旋转回波训练）作用下的电子自旋动力学。我们使用分析和数值工具，详细分析的形式和时间尺度的衰减的旋转回波训练，建模的散肩自旋环境作为一个随机的磁场。我们证明了这个问题可以精确地映射到一个自旋为1的模型耦合到一个单一的玻色子模式与虚频率。这种映射允许超出标准布洛赫-雷德菲尔德型方法的全面分析调查。我们探讨了旋转回波训练的衰减假设下的强驱动，并确定最重要的制度的衰减。分析结果进行了比较，直接数值模拟，以确认我们的研究定量的准确性。我们给出了替代氮原子（P1中心）的实际环境的结果，并提供了一个简化的，但准确的描述衰减的旋转回波训练的NV中心的自旋。该方法也可用于研究强驱动条件下其他自旋系统的退相干和纵向弛豫。
2014-03-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanometer-scale Exchange Interactions Between Spin Centers in Diamond
基于金刚石和杂质原子的精确原子电子结构，计算了金刚石中自旋中心间距为2~nm的孤立自旋中心对之间的交换相互作用。当自旋中心间距小于3 nm时，交换作用大于偶极作用. NV $^-$自旋中心是扩展缺陷，根据自旋中心的对称轴和连接该对的半径矢量的相对取向，它们的相互作用非常不同。过渡金属掺杂剂之间的交换相互作用的行为类似于NV $^-$中心。Mn-Mn交换作用的衰减长度比Cr-Cr和Ni-Ni交换作用的衰减长度长得多，当Mn-Mn分离小于5 nm时，交换作用的衰减长度超过偶极作用的衰减长度.这些高度各向异性和自旋中心相关的相互作用的计算提供了潜在的设计的自旋-自旋相互作用的新型纳米磁性结构。
2016-03-10 cond-mat.mes-hall
How pump-probe differential reflectivity at negative delay yields the perturbed free-induction-decay: Theory of the experiment and its verification
虽然时间分辨的泵浦-探测差分反射率和透射率测量通常用于监测亚皮秒时间尺度上的布居弛豫动力学，但也已知负延迟中的信号可以产生偏振的扰动自由感应衰减的直接签名。然而，这种技术，特别是在反射几何中，从来没有流行过，因为实验在概念上不是很直观。因此，相干动力学通常使用更复杂的四波混频实验来研究。在这里，我们从第一原理推导出最简单的，但数学上完整的框架，在时间和频谱域的负延迟信号。计算涉及的光学布洛赫方程来描述的诱导偏振和Ewald-Oseen的想法来计算反射信号的扰动偶极子的自由振荡的结果，也明确包括锁定检测的过程中的双斩波信号后，它已经通过了单色器。用高质量的GaAs量子阱样品进行了理论和实验的比较。在4 K实验推断的退相时间比较显着以及与连续波光致发光激发光谱的吸收线宽的倒数。从我们的理论表达式计算的负延迟的光谱分辨信号很好地再现了相干光谱振荡，虽然精确拟合的实验光谱与理论表达式是困难的。这是由于样品中存在对应于较低能量束缚态的额外共振。
2018-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Compact localized boundary states in a quasi-1D electronic diamond-necklace chain
该研究在准一维金刚石项链链中发现并实现了不衰减进入体态的紧凑局域零能边界态，为可编织的鲁棒量子比特提供了新途径。
2023-10-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Lateral diffusion of phospholipids in artificial cell membranes measured by single shallow NV centers
我们测量位于金刚石表面几纳米的有机分子的扩散。为了研究分子扩散，我们进行本地检测的核磁共振，基于单一的浅氮空位（NV）中心的金刚石。具体而言，我们演示了采用相关光谱法在人工细胞膜中的磷脂的平移扩散系数的测量。使用不同的扩散模型的相关衰减曲线的分析表明，一个简单的二维扩散模型给出了令人满意的扩散系数，虽然模型的选择影响提取的数字。我们发现不同的单NV中心，我们归因于脂质层的局部不均匀性，可能是由支持金刚石衬底所造成的测量的扩散系数之间的显着差异。
2021-05-17 cond-mat.mes-hall
Revisiting superradiance dynamics from single diamond nanocrystals with a physically consistent model for fluorescence decay
Institute of Physics, Faculty of Physics, Astronomy and Informatics, Nicolaus Copernicus University in Torun（托伦尼古拉·哥白尼大学物理、天文学和信息学学院物理研究所）
本文提出了一种新的物理一致模型，用于描述单个钻石纳米晶体中超辐射动力学的荧光衰减过程。
2026-01-12 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Control and coherence of the optical transition of single defect centers in diamond
我们证明了金刚石中单个氮空位缺陷中心光学跃迁的相干控制。应用短共振激光脉冲，我们观察到光学拉比振荡的半周期短至1纳秒，一个数量级短于自发发射时间。通过研究拉比振荡的衰减，我们发现退相干主要是由激光诱导的光谱跃迁引起的。通过使用低功率探测脉冲作为失谐传感器和应用后选择，我们证明了光谱扩散可以克服在这个系统中产生相干光子。
2010-05-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically Detected Ferromagnetic Resonance in Metallic Ferromagnets via Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
我们报告的定量测量的光学检测铁磁共振（ODFMR）的铁磁薄膜，使用氮空位（NV）中心的金刚石，将FMR转换成荧光强度的变化。为了揭示负责这些信号的机制，我们研究ODFMR，因为我们1）改变NV中心与铁磁体（FM）的分离，2）在FMR期间记录NV中心纵向弛豫时间$T_1$，以及3）改变FM的材料性质。基于这些结果，我们提出了ODFMR的以下机制。衰减和散射的驱动，均匀的FMR模式的结果在自旋波，产生波动的偶极场的频谱。当自旋波谱与NV中心基态自旋共振频率重叠时，来自这些共振自旋波的偶极场使NV中心自旋弛豫，导致ODFMR信号。这些结果为NV中心自旋弛豫测量方法奠定了基础，该方法可以研究FM动力学，而无需将NV中心自旋跃迁频率与感兴趣的磁系统直接匹配，从而实现扫描探针磁显微镜的替代模式，可以感测铁磁共振纳米级分辨率。
2016-07-25 cond-mat.mes-hall
Band-gap-engineered spin-phonon, and spin-spin interactions with defect centers in diamond coupled to phononic crystals
研究了金刚石缺陷中心与准一维声子晶体相互作用的自旋-声子系统。我们发现，一个单一的缺陷中心，耦合到声子晶体波导的带隙附近的声子模式，可以种子自己的声子腔模式与周围的缺陷中心的位置呈指数衰减的包络。自旋诱导声子腔，具有大大减少和可调的模式体积，允许相干声子介导的相互作用之间的远程自旋具有高度可调的范围，使访问各种远程相互作用的自旋模型。这项工作为探索量子多体物理和具有缺陷中心和周期性声子纳米结构的量子信息处理开辟了前景。
2019-01-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strongly Cavity-Enhanced Spontaneous Emission from Silicon-Vacancy Centers in Diamond
量子发射器是包括量子通信、量子中继器和线性光学量子计算在内的广泛量子技术的组成部分。固态色心具有长的相干时间和小的非均匀展宽，是可扩展量子光学的理想候选材料。然而，一旦被激发，色心通常通过声子辅助过程衰减，限制了单光子产生和光子介导的纠缠产生的效率。在这里，我们证明了强增强的自发发射率的一个单一的硅空位中心嵌入在一个单片光学腔中的金刚石，达到一个政权的激发态寿命占主导地位的自发发射到腔模式。我们观察到10倍的寿命减少和42倍的发射强度增强时，腔被调谐到共振与一个单一的硅空位中心的光学跃迁，对应于90%的激发态能量衰减发生通过自发发射腔模式。我们还证明了迄今为止最大的耦合强度（$g/2π=4.9\pm0.3 GHz$）和协同性（$C=1.4$）的色心为基础的腔量子电动力学系统，使系统更接近强耦合制度。
2017-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Continuous microwave hole burning and population oscillations in a diamond spin ensemble
连续光谱烧孔和自旋能级布居振荡的研究在一个非均匀加宽的金刚石基自旋系综组成的替代氮和氮空位中心通过中子辐照和退火。烧焦的光谱特征突出了失谐依赖的均匀孔线宽，其比总的非均匀系综线宽窄三个数量级。连续的人口振荡被观察到迅速衰减超过泵和探头失谐5赫兹，并使用一个五能级系统的耦合速率方程的数值模拟。这些振荡的傅立叶分析突出离散的$^{13}$ C超精细相互作用，与非均匀系综线宽内的能量，以及可疑的核$3/2$ -自旋耦合签名可能与中子辐照的副产物$^7$ Li有关。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dissipative entanglement of solid-state spins in diamond
在固态自旋之间产生稳健的纠缠是量子信息处理和精密传感应用的关键。我们利用电子激发态的快速光衰减，在超精细耦合电子核自旋之间产生这种纠缠。在短寿命的激发态存在自发发射的情况下，光场和微波驱动场的暗态干涉效应导致了纠缠稳态的耗散形成.我们表明，耗散纠缠产生的任何初始状态条件的自旋和弹性的外部场的波动。我们分析了该计划的连续和脉冲驱动领域中存在的现实噪声源。
2016-09-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mapping of Spin-Wave Transport in Thulium Iron Garnet Thin Films Using Diamond Quantum Microscopy
该研究结合金刚石 NV 磁力测量与自旋波电传输谱，实现 TmIG 薄膜自旋波的亚微米空间成像，并测得其振幅、约50 μm衰减长度及0.8–2 μm波长。
2023-12-05 cond-mat.mes-hall
Coherent control of the silicon-vacancy spin in diamond
金刚石中的自旋杂质已经成为广泛的基于固态的量子技术中有前途的构建块。带负电荷的硅空位中心结合了其高质量光子特性与基态电子自旋的优势，可以通过光学方式读出。然而，要使这种自旋作为量子比特进行操作，完全的量子控制是必不可少的。在这里，我们报告的测量光学检测磁共振和示范的相干控制的一个单一的硅空位中心自旋与微波场。利用Ramsey干涉法，我们直接测量了3.6K下的自旋相干时间T2*，为115 +/- 9 ns。相干时间的温度依赖性表明，退相和衰变的自旋引起的基态的轨道分支之间的单声子介导的激发。我们的结果使硅空位中心自旋成为一个可控的资源，建立自旋光子量子界面。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Broadband, noise-free optical quantum memory with neutral nitrogen-vacancy centers in diamond
提出了金刚石中中性氮空位中心的基态流形可以作为一个量子二能级系统用于宽带无噪声量子光存储器的固态实现。该方案基于在两个E轨道基态和中心的A $_1$轨道激发态之间产生的同自旋$Λ$型三能级系统，以及通过施加横向电场或单轴应力获得的交叉线性极化选择规则。可能的衰变和退相干机制，该系统进行了讨论，它表明，高效率，无噪声存储的光子短至几十皮秒至少几纳秒可能在低温下。
2015-04-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Competing interactions in semiconductor quantum dots
我们介绍了一种基于可积性的方法，使半导体量子点模型的研究，将充分的超精细相互作用，以及偶极-偶极相互作用的平均场处理在核自旋浴。通过进行自由感应衰减和自旋回波模拟，我们表征了这两种类型的相互作用对电子自旋退相干的综合效应，外部场范围从低到高的值。我们表明，自旋回波模拟的超精细相互作用是在短时间内低场退相干的主要来源，并在较长的时间与偶极-偶极相互作用的竞争。相反，在高磁场下，衰减的主要来源是由于偶极-偶极相互作用。在后一种情况下，观察到回波的不对称性。此外，非衰减部分先前观察到的零场自由感应衰减模拟量子点中只有超精细相互作用，被破坏的偶极相互作用的平均场处理的时间更长。
2014-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Critical thermalization of a disordered dipolar spin system in diamond
统计力学是我们理解宏观量子系统的基础。它是基于这样的假设，即失去平衡的系统迅速接近它们的平衡态，忘记了关于它们微观初始条件的任何信息。这一基本范式受到了无序系统的挑战，在无序系统中，热化速度会减慢，甚至没有热化。本文报道了在一个由偶极相互作用耦合的$\sim 10^6$电子自旋三维系综中观察到的临界热化现象。通过控制金刚石中氮空位色心的自旋状态，我们观察到缓慢的亚指数弛豫动力学，并确定了一个政权的幂律衰减与无序相关的指数，这种行为是修改在后期由于多体相互作用。这些意见定量解释的共振计数理论，结合了无序和相互作用的影响。
2017-10-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall quant-ph
Deterministic enhancement of coherent photon generation from a nitrogen-vacancy center in ultrapure diamond
金刚石中的氮空位（NV）中心具有光学可寻址的高度相干的自旋。然而，即使在高质量的单晶材料中，NV中心也是一个非常差的单光子源：从高折射率金刚石中提取效率低下，相干光子的发射仅占总发射的百分之几，并且衰减时间很长。原则上，所有这三个问题都可以用谐振微腔来解决。在实践中，已经证明很难实现这一概念：光子工程取决于纳米制造，但众所周知，在不降低NV中心的情况下加工金刚石是非常困难的。我们在这里提出了一个微腔方案，它使用最低限度的加工金刚石，从而保持高品质的起始材料，和一个可调的微腔平台。我们证明了一个明确的变化，在寿命上的多个单独的NV中心调谐的腔频率和反节点的位置，一个珀塞尔效应。总Purcell因子$F_{\rm P}=2.0$转化为$F_{\rm P}^{\rm ZPL}\sim30$的零声子线（ZPL）的Purcell因子，并且ZPL发射概率从$\sim 3 \%$增加到$\sim 46 \%$。通过以确定性的方式使NV的光学性质发生阶跃变化，这些结果为大大提高自旋-光子和自旋-自旋纠缠率铺平了道路。
2017-03-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Exponential decay in a spin bath
我们表明，在强磁场的存在下，电子自旋与核自旋浴相互作用的相干性可以表现出一个定义明确的纯指数衰减的特殊（“混沌”）浴初始条件。这是在对比的典型情况下，其中自旋浴动力学已被调查的非马尔可夫极限，给出超指数或幂律衰减的关联函数。我们明确地计算了自由感应衰变的退相干时间T_2，并找到了一个简单的表达式，它依赖于浴极化，磁场，电子波函数的形状，维数，总核自旋I，和同位素浓度的实验相关的异质自旋系统。
2008-02-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamical decoupling based quantum sensing: Floquet spectroscopy
最近，通过观察附近电子自旋的相干衰减，可以感知单个核自旋或核自旋簇的内部动力学：弱磁噪声被周期性的多脉冲去耦序列放大。然而，它仍然具有挑战性的鲁棒性推断基本的原子尺度结构，从退相干痕迹，但在所有最简单的情况下。我们介绍Floquet光谱作为一个多功能的范例，这些实验的分析，并认为它提供了一些一般的优势。特别是，这种技术推广到更复杂的情况下，提供物理洞察力的制度，多体动力学，强耦合和脉冲的有限持续时间。由于没有共振驱动的要求，所提出的光谱方法允许物理解释引人注目的，但被忽视的，相干衰减功能的形式，避免交叉的潜在quasienergy本征谱。这通过在通过金刚石中的NV中心进行单自旋感测的情况下针对横向场扫描而产生的一组“金刚石”形状特征来例示。我们还调查了硅中的捐助者的应用程序显示，由此产生的可调相互作用强度提供了非常有前途的未来传感器。
2016-01-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantitative imaging of nonlinear spin-wave propagation using diamond quantum sensors
The University of Tokyo（东京大学）；Osaka University（大阪大学）；Toho University（东海大学）
利用钻石量子传感器对两种不同自旋波弛豫率的钇铁石榴石薄膜中的非线性自旋波传播进行定量成像，揭示了自旋波振幅阈值及非线性效应的理论一致性。
2025-12-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Suitability of nanodiamond NV centers for spontaneous emission control experiments
金刚石中的NV中心通常被认为是非常有前途的无限稳定的高效单光子源。我们报告了一个实验的亮度，辐射衰减率，非辐射衰减率和量子效率的单NV中心的金刚石纳米晶体的量化。我们的实验表明，通常观察到的纳米金刚石中NV中心的荧光衰减速率的大范围扩展与在近单位量子效率下超小高折射率晶体中的大纳米光子模式密度变化的常见解释不一致。我们报告说，NV中心在25 nm的纳米晶体基本上是不敏感的局部态密度（LDOS）的变化，我们诱导在介电界面处使用液体来改变折射率，并提出在这样的纳米晶体的量子效率广泛分布在0%和20%之间。对于单个NV中心在较大的100 nm的纳米晶体，我们表明，衰减速率的变化可以可逆地诱导纳米机械接近一面镜子，以改变LDOS。使用这种扫描镜的方法，我们第一次报告校准的NV中心的量子效率，并表明，不同的，但名义上相同的纳米晶体具有广泛分布的量子效率在10%和90%之间。我们的测量意味着，纳米晶体组装成混合光子结构的腔QED应首先单独筛选，以评估荧光特性的细节。
2012-12-20 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Real-time modelling of Optical orientation in GaAs: generation and decay of the degree of spin polarization
我们提出了一个实时的从头计算描述的光学取向在体GaAs由于耦合与超短圆偏振激光源。正确地再现了自旋极化电子在导带中的注入，并且出现了平行于激光传播方向（$z$）的非零自旋极化（$\mathbf{P}$）。详细分析了$\mathbf{P}(t)$的产生和演化过程。单$\mathbf{k}$点动力学是绕固定轴的进动运动，具有恒定的$|\mathbf{P}|$和固定的频率。相反，$\mathbf{k}$积分信号仅示出时间相关的$P_z(t)$，并且由于退相干而在激光泵浦结束后几皮秒衰减。退相干的出现是因为由泵浦激活的个体贡献引起相消干涉。我们解释的\emph{free induction decay}几年前提出的机制方面的结果。对于第一次，我们能够再现这样的效果在一个完整的从头算的方式，给出了相关的衰变时间的定量估计。我们的结果也显示了一个可能的解释，在许多实时从头计算模拟观察到的自旋磁化强度的时间衰减。
2020-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inhomogeneous dynamic nuclear polarization and suppression of electron-polarization decay in a quantum dot
我们通过频繁地向量子点注入极化电子自旋来研究动态核极化过程。由于频繁注入的电子自旋抑制了直接偶极和间接电子介导的核自旋相互作用，独立自旋近似下的解析预测与量子数值模拟符合得很好。我们的结果表明，所获得的核极化是高度不均匀的，成正比于当地的电子-核超精细相互作用常数的平方，如果注入频率高。利用非均匀极化核自旋作为初始态，我们进一步证明了即使在相对较低的核极化（<20%）下，电子极化衰减时间也可以延长100倍，而不会对Overhauser场的涨落产生太大的抑制。我们的研究结果奠定了基础，为未来的研究更复杂的自旋系统，如双量子点和氮空位中心的金刚石中的DNP的效果。
2013-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Zeno effect in a nitrogen-vacancy center embedded in a spin bath
研究了金刚石中被$^{13}$ C核自旋浴包围的氮空位中心的纵向弛豫。利用团簇关联展开（CCE）方法，数值模拟了低温下交叉弛豫引起的电子态衰减过程。结果表明，该方法不仅能够描述大失谐区的纯退相效应，而且还能模拟近共振区的量子动力学行为。我们提出了一个通过实现量子芝诺效应（QZE）来减缓NV中心衰变的方案。计算结果表明，QZE能有效地抑制NV心的衰变。
2016-08-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Hybrid continuous dynamical decoupling: a photon-phonon doubly dressed spin
本文研究了单个氮空位电子自旋与嵌入自旋的金刚石机械谐振器之间的参量相互作用。自旋和振子之间的耦合通过晶体应变实现，晶体应变在振子的致动时产生并且参数地调制自旋的能量分裂。在自旋的相干微波驱动下，这种参数驱动导致自旋拉比频率锁定到兆赫范围内的振荡器模式。在这种自旋锁定条件下，拉比振荡的衰减时间和非均匀自旋退相时间都增加了两个数量级。我们目前的路线，以延长失相时间，甚至进一步，潜在的放松时间限制。显着的相干保护，我们的混合自旋振荡器系统提供的是让人想起最近提出的级联连续动态解耦方案和结果，从我们强大的，无漂移的应变耦合机制和窄线宽的高品质的金刚石机械振荡器。我们的研究结果表明，在量子信息处理和传感的可行应用。
2016-11-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent backaction between spins and an electronic bath: Non-Markovian dynamics and low-temperature quantum thermodynamic electron cooling
我们提供了一个多功能的分析框架，用于计算自旋系统的动力学接触的费米子浴超越马尔可夫近似。该方法是基于二阶扩展的Nakajima-Zwanzig主方程，但系统地包括所有的量子相干记忆效应，导致非马尔可夫动力学。我们的结果描述了，对于自由感应衰减，完整的时间范围从非马尔可夫动力学在短时间内，众所周知的指数热衰减在长时间。我们提供了完整的分析结果，为整个时间范围内使用浴巡回电子作为一个原型的普遍量子波动。此外，我们提出了一个量子热力学方案，利用非马尔可夫衰变的温度不敏感性，将热量从电子系统中传输出去，从而通过重复重新初始化自旋簇，在非常低的温度下有效地冷却电子。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
