Nuclear Spin Noise and STM Noise Spectroscopy
我们考虑由于耦合到核自旋的电子自旋的波动。电子自旋的噪声光谱可以在扫描隧道显微镜（STM）中显示。我们认为，电子自旋的噪声谱可以揭示由于超精细耦合引起的核自旋动力学。隧道电流发展卫星的主要线路在拉莫尔频率和零频率，由于超精细耦合。我们还解决的作用，是在或附近的共振与核超精细场的射频场。这种方法类似于电子核双共振（ENDOR），因为它允许人们通过其对电子自旋的影响间接地检测核自旋动力学。
2006-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fast noise-resistant control of donor nuclear spin qubits in silicon
高度的可控性和长的相干时间使得同位素纯化硅中的磷施主的核自旋成为量子比特的有希望的候选者。然而，长距离的双量子位耦合和快速，鲁棒的门仍然是这些系统的突出挑战。在这里，根据最近提出的通过偶极-偶极相互作用进行长距离耦合的建议，我们提出了一种简单的方法，在没有电荷噪声的情况下实现快速，高保真的任意单量子位和双量子位门。此外，我们还提供了一种方法，使单量子位门对中等水平的电荷噪声具有鲁棒性，并且完全在$10^{-3}$的误差范围内。
2020-05-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Control of Nanoscale Nuclear Spin Ensembles in the Spin Noise Regime
University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Universität Ulm（乌尔姆大学）
研究通过相关光谱技术探讨核自旋控制，揭示初始RF相位和方向对NV读出对比度的影响，为多维自旋共振实验提供新见解。
2026-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Noise-resilient and Scalable Quantum Error Correction for Nuclear Spin Qubits in Silicon with Electron Shuttling
Center for Computing Research, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室计算研究中心）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
针对硅中核自旋量子比特控制测量难的问题，提出电子对干涉测量协议，结合NMR与Zπ旋转实现抗噪完备门组，适配CSS量子纠错，可实现核奇偶性到电子态的相干转移。
2026-07-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Collective quantum memory activated by a driven central spin
将量子比特相干耦合到系综是集体量子存储器的基础。受驱动的量子点可以在晶格应变的存在下确定性地激发核自旋系综的低能集体模。我们建议在强磁场的存在下，在这个中心电子和这些低能激发-自旋波-之间进行量子态转移，其中核相干时间很长。我们发展了一个能够计算应变电子-核系统的精确时间演化的微观理论。有了这个，我们评估的操作量子态存储和显示，高达90%的结晶度可以达到一个温和的核极化只有50%。这些发现表明，应变使能的核自旋波是量子存储器的一个非常合适的候选者。
2019-04-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Imaging mesoscopic nuclear spin noise with a diamond magnetometer
磁共振成像（MRI）可以利用组织的不同物理和生化特性来表征和区分组织。遗憾的是，主要由于缺乏检测灵敏度，目前不可能对生物样本进行亚微米筛选。在这里，我们分析了使用金刚石中的氮空位中心作为纳米级核自旋成像和光谱的磁传感器。我们检查这样的传感器的能力，探测的“经典”偶极场的波动，由于大量的相邻的核自旋在一个密集的质子化样品。我们确定的检测协议，适当地考虑到传感器的量子特性，并找到一个符合现实的实验参数的信噪比。通过各种实例计算，我们说明了不同种类的图像对比度。特别是，我们展示了如何利用相对较长的核自旋相关时间来重建一个本地的，高分辨率的样品光谱。
2010-04-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hyperfine-assisted decoherence of a phosphorus nuclear-spin qubit in silicon
硅中磷原子的核自旋已被用作各种量子信息实验中的量子比特。有人提出，这种核自旋量子比特可以有效地控制由一个交流电场，当嵌入在一个两个电子点施主设置受到本征或人工自旋轨道相互作用。将量子位暴露于该设置中的控制电场也将其暴露于电噪声。在这项工作中，我们描述了电噪声机制（例如声子和$1/f$电荷噪声）的影响，并估计了核自旋量子比特相应的退相干时间尺度。我们确定了一个有前途的参数范围内的电单量子比特操作至少快一个数量级，然后退相干。在这种情况下，由于$1/f$电荷噪声，退相干由退相主导。我们的研究结果有利于纳米结构的优化设计，以证明电驱动的核自旋共振。
2019-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin noise of localized electrons interacting with optically cooled nuclei
本文发展了一个局域电子与光冷核自旋浴相互作用的自旋涨落的微观理论。由于核自旋温度可以在宏观上长时间保持足够低，因此核自旋系统对外部磁场变得非常敏感。这强烈地影响电子自旋噪声谱。结果表明，在弱场/相对高的核自旋温度下，小的核自旋极化对电子自旋涨落的影响与外加磁场的影响相同。相比之下，在相对强的磁场和低的核自旋温度下实现的高度核极化导致超精细场涨落的抑制和自旋噪声谱中的旋进诱导峰的急剧变窄。讨论了用自旋噪声谱研究核自旋系统的实验可能性。
2014-12-01 cond-mat.mes-hall
Nuclear spin dynamics and noise in anisotropic large box model
我们在考虑外部磁场和超精细相互作用各向异性的情况下，考虑了中心自旋模型。从严格的哈密顿对角化出发，我们得到了多核自旋极限下的核自旋动力学的解析表达式。在零磁场中，对于电子与核自旋的各向异性相互作用，我们预言了核自旋的旋进。我们计算并描述了热力学平衡下的核自旋噪声谱。所得结果可用于分析有机半导体中的核自旋感应电流涨落。
2021-11-08 cond-mat.mes-hall
Nuclear spin diffusion in the central spin system of a GaAs/AlGaAs quantum dot
本文通过实验证明GaAs/AlGaAs量子点中电子自旋会加速核自旋扩散而非形成Knight场梯度势垒，并将高磁场下的加速归因于电子自旋翻转涨落，测得核自旋寿命为1-10秒，为量子信息存储与处理提供了可行时间窗口。
2022-08-03 cond-mat.mes-hall
Phenomenological Study of Decoherence in Solid-State Spin Qubits due to Nuclear Spin Diffusion
我们提出了一个研究的前景，在固态自旋量子比特的相干性保持使用动态解耦协议。最近的实验提供了在这个量子比特系统中的多脉冲动态解耦序列的第一个演示，但由于缺乏相关噪声过程的具体知识，对潜在相干性改善的定量分析受到阻碍。基于实验验证的半经典模型，我们模拟了任意动态解耦脉冲序列下的量子比特相干性。这种现象学方法将潜在噪声过程的细节捆绑到一个实验相关的噪声功率谱密度中。我们的研究结果表明，在一个两电子单重态-三重态自旋量子比特的实验测量的主要特征可以复制使用$1/ω^{2}$噪声功率谱与核自旋翻转的主机材料。从这个验证开始，我们解决了核编程，高频核自旋动力学和其他高频经典噪声源的影响，与物理参数和微观计算支持的aptures在相关的。我们的研究结果提供了预期的性能界限，并确定诊断指标，可以通过实验测量，以更好地阐明潜在的核自旋动力学。
2011-01-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Probing the dynamics of a nuclear spin bath in diamond through time-resolved central spin magnetometry
使用快速电子自旋共振光谱的一个单一的氮空位缺陷的金刚石，我们展示了实时读出的Overhauser场产生的核自旋环境在环境条件下。这些测量能够通过后选择缩小奥弗豪泽场分布，对应于核自旋浴的有条件制备。通过分析连续测量的Allan偏差，定量地推断了Overhauser场波动的相关性。该方法允许提取库的弱耦合核自旋的动力学。
2014-09-29 cond-mat.mes-hall
Tuning the coherent interaction of an electron qubit and a nuclear magnon
本文在GaAs量子点中通过算法反馈精确控制核极化，利用电子g因子各向异性原位调谐电子-核交换相互作用，从而直接调节核磁振子激活速率和电子量子比特相干时间，实现了多体区域相干相互作用的可编程调谐。
2024-04-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Interplay of Electron and Nuclear Spin Noise in GaAs
我们目前的自旋噪声（SN）测量的施主束缚电子在超纯GaAs：Si的时间动态超过六个数量级，从毫秒到纳秒的合奏。在施主束缚激子跃迁处检测到的SN光谱显示了基于III-V族半导体系统的普遍存在的相互电子和核自旋相互作用的多方面动力学机制。实验清楚地揭示了零外磁场下电子自旋进动的有限Overhauser位移和零频率附近的第二个贡献，该贡献来自于平行于核自旋涨落的电子自旋分量。此外，在非常低的频率与时间相关的核自旋起伏的功能，明确解决了使它有可能在零和低磁场研究复杂的核自旋动力学。研究结果与电子和核SN的发展模型一致。
2015-06-17 cond-mat.mes-hall
Shot Noise Induced by Electron-nuclear Spin-flip Scattering in a Nonequilibrium Quantum Wire
研究了二维电子气中制备的非平衡量子线中与动态核极化相关的散粒噪声（非平衡电流涨落）。我们观察到量子阱的自旋极化电导量子化的整数量子霍尔制度崩溃时，量子阱的电压偏置被驱动到非平衡。通过对散粒噪声的测量，我们证明了量子阱中电子的自旋极化由于电子-核自旋翻转散射而被降低到$\sim 0.7$而不是1。这一结果得到了利用核磁共振进行量子阱奈特位移测量的支持。
2012-01-25 cond-mat.mes-hall
Single-shot measurement of transient nuclear magnetization with spin-noise spectroscopy in n-GaAs microcavities
我们利用自旋噪声谱（SNS）在单次激发实验中直接观察到动态核极化的建立和受扰核自旋系统向其平衡态的弛豫。SNS实验是在嵌入到具有负失谐的高精细微腔中的体$n$型GaAs层上进行的。动态核自旋极化被观察为电子自旋噪声谱中的峰的移动，由于建立的Overhauser场作用于电子自旋。时间分辨SNS实验揭示了核自旋系统的弛豫动力学，在实验中观测到了具有数百秒特征时标的Overhauser场指数衰减。我们表明，椭圆偏振激光束调谐谐振腔模式，其能量对应于标称的半导体的透明度，但可以产生一个相当大的核极化。
2015-04-03 cond-mat.mes-hall
The role of spin noise in the detection of nanoscale ensembles of nuclear spins
在纳米尺度上探测材料中的核自旋时，自旋极化的随机涨落将超过样品体积小于（100 nm）时的平均玻尔兹曼极化^[3]。在这项工作中，我们使用磁共振力显微镜实时观察核自旋涨落。我们展示了如何通过控制自旋相关时间和快速采样大量的独立自旋配置可以获得可重复的测量的偏振方差。一个协议，定期随机自旋合奏证明，允许显着改善的信噪比纳米级磁共振成像。
2007-10-31 cond-mat.mes-hall
Wavefunction considerations for the central spin decoherence problem in a nuclear spin bath
低温下固态材料中局域电子自旋的退相干（"中心自旋“问题）被认为是由晶格中核自旋的相互作用决定的。通过施加大的磁场来分裂电子自旋的能级并防止去极化，这种去相干被部分抑制。然而，由动态核自旋浴引起的退相退相干不能以这种方式消除。核场的涨落导致电子的进动频率在一个被称为光谱扩散的过程中的不确定性。本文考虑了电子的波函数形状对光谱扩散的影响，并给出了自由感应衰减的波函数依赖的退相干时间公式，以及自旋回波和级联动力学退相干方案以增强相干性。我们还讨论了双量子点的单重态-三重态编码的量子比特的退相。这项工作的一个中心的理论结果是一个连续近似的光谱扩散问题，我们已经应用到GaAs和InAs材料具体的发展。
2008-04-11 cond-mat.mes-hall
Nuclear frequency focusing in periodically pulsed semiconductor quantum dots described by infinite classical central spin models
半导体量子点中电子自旋的相干性由于其与周围同位素中的核自旋浴的相互作用而衰减。这种效应可以通过使系统经受外部磁场和通过施加光脉冲来减小。通过长串中的重复脉冲，自旋进动可以与脉冲周期$T_\text{R}$同步。这驱使核自旋池进入远离平衡的状态，导致核频率聚焦。在本文中，我们使用Phys. Rev. B $\textbf{96}$，054415（2017）中介绍的有效经典方法来描述和分析这种核聚焦。其依赖于有效浴的大小和外部磁场阐明在一个全面的研究。我们发现，脉冲的特性以及核塞曼效应的影响的行为决定性的。
2018-07-17 cond-mat.mes-hall
Self-Quenching of Nuclear Spin Dynamics in Central Spin Problem
在中心自旋$s=1/2$模型的框架下，研究了双量子点中两电子与核自旋的超精细相互作用和自旋轨道耦合的驱动动力学。核子系统的动态演变响应于朗道-齐纳单重态-三重态跃迁的电子子系统控制的外部栅极电压。如果没有噪声和自旋轨道耦合，随后的朗道-齐纳跃迁在大约$10^4$扫描后消失，系统自猝灭，核自旋达到众多玻璃暗态之一。我们提出了一个分析模型，捕捉这种现象。我们还占的多核物种的内容的点和数值确定周围$10^7$核自旋的演变在高达$2\times10^5$朗道-齐纳转换。在没有自旋轨道耦合的情况下，自猝灭是鲁棒的，并且在任意比率的核自旋进动时间和朗道-齐纳扫描之间的等待时间以及在中等噪声下设置。在存在中等量级的自旋轨道耦合时，当等待时间与其中一个核素的进动时间共振时，核极化的动力学演化导致自旋轨道耦合的频闪屏蔽。然而，共振或强自旋轨道耦合的小偏差破坏了这种屏蔽。我们认为，成功的反馈回路技术建立核梯度是基于自旋轨道耦合的效果。
2013-10-29 cond-mat.mes-hall
Unveiling the electron-nuclear spin dynamics in an n-doped InGaAs epilayer by spin noise spectroscopy
我们讨论了一个小的铟含量（3%）在GaAs外延层上的电子和核自旋弛豫由于增强的四极效应引起的应变的影响。利用弱微扰自旋噪声谱研究了无显式激发下的电子自旋弛豫动力学。所观察到的温度依赖性表明局域态的存在，这与周围的核自旋的相互作用增加。时间分辨自旋噪声谱被用来研究光泵核自旋系统的弛豫动力学。它显示了一个多指数衰减与时间分量，从几秒到几百秒不等。此外，我们提供了一个测量的本地磁场之间的核自旋和发现一个强大的四极效应的贡献。最后，我们应用核自旋扩散模型，这使我们能够估计局域载流子态的浓度，并确定该系统的核自旋扩散常数特性。
2022-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional nuclear spin positioning using coherent radio-frequency control
通过偶极相互作用的距离测量是核磁共振（NMR）应用于分子结构测定的基础，但它们仅提供关于自旋之间的绝对距离$r$和极角$θ$的信息。在这封信中，我们提出了一个协议，也检索方位角$ϕ$。我们的方法依赖于测量后的控制脉冲与校准的外部射频线圈的应用程序的核旋进相位。我们实验证明了在金刚石主晶体中相对于单个氮空位中心的中心电子自旋的单个碳-13核自旋的三维定位。精确定位三维核位置的能力是实现纳米级NMR技术的核心，该技术可以以原子分辨率成像单个分子的结构。
2018-07-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron Spin Noise under the Conditions of Nuclei Induced Frequency Focusing
本文从理论上研究了非平衡条件下，由圆偏振光脉冲训练序列泵浦量子点所引起的电子自旋噪声。在这种情况下，已知核自旋以这样的方式调节，即电子自旋进动频率变为泵浦脉冲重复频率的倍数。这种所谓的相位同步效应在[Science { \bf 317}，1896（2007）]中被揭示，并被称为电子自旋相干的核诱导频率聚焦。用中心自旋模型的经典方法计算了核自旋分布函数和电子自旋噪声谱。我们发现电子自旋噪声谱由对应于相位同步条件的尖峰组成，并直接揭示了核自旋的分布。讨论了抽运结束后核自旋弛豫的效应，分析了相应的核自旋分布和电子自旋噪声谱的演化。
2018-05-24 cond-mat.mes-hall
Intrinsic spin noise in MgO magnetic tunnel junctions
我们考虑两个内在的噪声源的超灵敏磁场传感器的基础上MgO磁性隧道结，来自$^{25}$镁核自旋（$I=5/2$，10%的天然丰度），和S=1镁空位。虽然核自旋引起的噪声峰值在MHz频率范围内，空位噪声峰值在GHz范围内。我们发现，在亚微米器件的核噪声具有类似的幅度比$1/f$噪声，而空位引起的噪声占主导地位的GHz范围。有趣的是，有限磁场梯度下的噪声谱可以提供关于MgO层中的自旋的空间信息。
2012-11-30 cond-mat.mes-hall
1/f^2 spectra of decoherence noise on ^75^As nuclear spins in bulk GaAs
为了识别退相干起源，已经广泛地研究了使用多个π脉冲的频谱。然而，关于如何定义多回波衰减的谱强度以及如何将Hahn回波T_2纳入噪声谱的问题，却鲜有讨论。在这里，我们表明，基于两种理论的实验解决了这些问题。由于以前的理论阐明了光谱强度应该作为长时间极限的衰减给出，因此可以在没有初始过程中通常所带来的实验伪影的情况下推导出强度。另一种是涨落耗散理论，利用Hahn回波T_2作为噪声谱的零频极限，解决了1/f^n噪声谱发散的问题。结果表明，在297 K下，在未掺杂、掺Cr半绝缘和掺Si金属GaAs衬底中，砷核自旋都呈现出超过两个数量级的1/f2依赖性. 1/f^2相关性指示由特征频率f_c_^un^=170 Hz、f_c_^Cr^=210 Hz和f_c_^Si^ =460 Hz表征的单个噪声源。用退相干是次近邻核自旋涨落引起的模型解释了这些f_c值。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin noise of localized electrons: Interplay of hopping and hyperfine interaction
自旋涨落理论是发展为一个整体的局域电子考虑超精细相互作用的电子和核自旋和电子之间的网站跳跃。导出了核涨落场中电子自旋进动频率与跳跃率之间任意关系的自旋噪声谱的解析表达式。跳跃率的增加导致自旋噪声谱的剧烈变化。简要讨论了外部磁场的影响。
2015-04-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Notch filtering the nuclear environment of a spin qubit
门控量子点中的电子自旋为量子计算提供了一个很有前途的平台。特别是，砷化镓中基于自旋的量子计算利用了半导体材料的高质量、量子点阵列制造的可靠性和精确的量子比特操作。然而，有效的磁噪声所产生的超精细相互作用与不受控制的核自旋的主机晶格构成了退相干的主要来源。低频核噪声，负责快速（10 ns）不均匀的移相，可以通过回波技术来消除。最近通过回波恢复研究的高频核噪声发生在与三种同位素$\mathbf{^{69}Ga}$、$\mathbf{^{71}Ga}$和$\mathbf{^{75}As}$的拉莫尔旋进的差异有关的窄频带中。在这里，我们表明低频和高频核噪声都可以通过适当的动态去耦序列来过滤，从而大幅提高自旋量子位相干时间。使用核陷波滤波，我们证明了自旋相干时间（$\mathbf{T_{2}}$）为0.87毫秒，五个数量级长于典型的交换门时间，并超过了最长的相干时间报道的Si/SiGe栅极定义的量子点。
2017-01-18 cond-mat.mes-hall
Electric current noise in mesoscopic organic semiconductors
我们证明了核自旋涨落导致有机半导体介观样品中的电流噪声，在弱场下表现出明显的磁电阻效应。对于双极化子机制和电子-空穴机制的有机磁电阻，电流噪声谱由与载流子Knight场中的核自旋旋进相关的高频峰和与核自旋弛豫相关的低频峰组成.光谱的形状取决于外部磁场和射频场，这使得人们可以通过实验证明原子核在磁阻中的作用。
2020-12-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Quenching of dynamic nuclear polarization by spin-orbit coupling in GaAs quantum dots
中心自旋问题是一个被广泛研究的量子退相干模型，其中电子自旋与核自旋池相互作用。当电子角动量转移到核自旋时，动态核极化（DNP）发生在中心自旋系统中，并且在基于自旋的量子信息处理中用于相干电子和核自旋控制。然而，限制DNP的机制仍然只有部分了解。在这里，我们表明，自旋轨道耦合淬灭DNP在GaAs双量子点，即使自旋轨道耦合在GaAs是弱的。利用Landau-Zener扫描，我们测量了电子自旋翻转概率对面内磁场的强度和方向的依赖性，使我们能够区分自旋轨道和超精细相互作用的影响。为了证实我们的解释，我们测量高带宽的电子自旋翻转概率的相关性，并获得与一个显着的自旋轨道贡献的结果一致。我们观察到，DNP淬火时，自旋轨道组件超过超精细，与理论模型一致。我们的研究结果揭示了中心自旋系统中自旋轨道和超精细相互作用之间令人惊讶的竞争。
2015-02-18 cond-mat.mes-hall
Extending the Electron Spin Coherence Time of Atomic Hydrogen by Dynamical Decoupling
研究了氢原子在八倍半硅氧烷笼中的电子自旋退相干。通过应用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲序列，我们显着抑制了由于核自旋触发器的低频噪声，直到观察到最大T2 = 56 us的点。此外，动态去耦与CPMG序列揭示了存在两个来源的高频噪声：第一，一个波动的磁场与质子拉莫尔频率，相当于经典的磁场噪声所施加的笼有机取代基的1H核自旋，第二，退相干由于电子和内部的29 Si核自旋之间的纠缠的笼。
2013-04-01 cond-mat.mes-hall
Nuclear spin relaxation induced by a mechanical resonator
我们报告的测量自旋寿命的核自旋强耦合到微机械悬臂用于磁共振力显微镜。我们发现统计核极化的标架关联时间是由悬臂梁热运动产生的磁机械噪声决定的。证据基于三个参数的影响：（1）磁场梯度（耦合强度），（2）自旋的拉比频率（跃迁能），以及（3）低频机械模式的温度。实验结果进行了比较弛豫率从磁机械噪声的谱密度计算。
2007-12-21 cond-mat.mes-hall
Spin noise spectroscopy of donor bound electrons in ZnO
利用光学自旋噪声谱研究了ZnO中Al杂质束缚电子的本征自旋动力学。自旋噪声谱使我们能够在一个单一的频谱调查纵向和横向自旋弛豫时间相对于核和外部磁场。一方面，自旋动力学由与天然存在的$^{67}$ Zn同位素的核自旋的内在超精细相互作用主导。我们测量了一个典型的自旋退相时间为23纳秒与预期的理论值。另一方面，我们测量的第三，非常高的自旋退相率，这是由于高缺陷密度的调查ZnO材料。在横向和纵向外部磁场的影响下，对自旋动力学的测量明确地揭示了电子自旋与其核和结构环境之间的有趣联系。
2012-09-25 cond-mat.mes-hall
Nonadiabatic corrections to electric current in molecular junction due to nuclear motion at the molecule-electrode interfaces
我们提出了量子电子输运理论，该理论在计算电流时考虑了电极-分子界面上原子运动的动力学效应。该理论是基于非平衡格林函数。我们在快相对时间和慢中心时间的格林函数中分离时间尺度。关于中心时间的导数在理论中充当小参数。我们使用Wigner表示实时求解分子格林函数的Kadanoff-Baym方程，并保持项关于中心时间导数的二阶。分子格林函数和因此的电流被表示为分子结坐标以及分子-电极界面核的速度和加速度的函数。我们应用该理论模拟了一个分子系统，研究了非绝热核运动对分子结电导率的影响。
2018-07-19 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
