Suppression of nuclear spin fluctuations in an InGaAs quantum dot ensemble by GHz-pulsed optical excitation
在横向磁场中，利用重复频率为1GHz的周期性光激发，研究了单电荷（In，Ga）As/GaAs量子点系综的相干电子自旋动力学.尽管电子$g$因子具有很强的不均匀性、光学跃迁的光谱扩展以及核自旋波动的广泛分布，但我们能够将整个激发自旋系综推入与激光器相当的单个拉莫尔旋进模式。重复频率。此外，我们表明，从探测光跃迁的泵浦脉冲的光失谐诱导定向动态核极化，并导致离散化的总磁场作用于电子系综。最后，我们表明，高度周期性的光激发可以用作通用工具，强烈减少核自旋波动和准备一个强大的核环境，随后操纵的电子自旋，也在不同的操作频率。
2021-04-19 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
General theory of feedback control of a nuclear spin ensemble in quantum dots
本文提出了量子点在连续波泵浦下电子和空穴驱动的非平衡核自旋动力学的微观理论。我们显示的相关动力学的核自旋系综和电子和/或空穴在光激发下作为一个量子反馈回路和调查的动力学的许多核自旋作为一个非线性集体运动。这产生了三个可观察到的效果：（i）滞后，（ii）锁定（避免）泵的吸收强度（从）自然共振，和（iii）抑制（放大）弱极化核自旋的波动，导致延长（缩短）电子自旋相干时间。构造了一个单一的非线性反馈函数作为量子反馈回路中核场算符的“测量”，它决定了上述三种效应的不同结果，这取决于反馈是负的还是正的。一般理论也有助于透视现有的关于核自旋浴中单电子自旋问题的各种理论。
2013-07-03 cond-mat.mes-hall
The diamond Nitrogen-Vacancy center as a probe of random fluctuations in a nuclear spin ensemble
利用金刚石中氮空位（NV）中心的独特性质的新方案目前正在探索作为高分辨率磁传感的平台。在这里，我们专注于NV中心的能力，以监测相邻的介观核自旋浴。为了这个目的，我们进行比较实验，其中NV自旋周围的13 C核的影响下，或者，替代地，在异步AC场的存在下，设计模仿浴波动的演变。我们的研究揭示了实质性的差异，强调了半经典图像的局限性时，解释和预测的结果，旨在探测小核自旋系综实验。特别是，我们的研究阐明了NV中心响应浴波动下常见的脉冲序列，并探讨了探测协议，旨在探测时间相关的核自旋浴动力学。此外，我们表明，宏观核自旋秩序的存在是关键的半经典自旋磁力学的出现。
2011-04-13 cond-mat.mes-hall
Manipulation of the nuclear spin ensemble in a quantum dot with chirped magnetic resonance pulses
纳米结构半导体中的核自旋在量子应用中起着核心作用。核自旋代表用于产生局部磁场的有用资源，但是核自旋噪声代表自旋量子比特的失相的主要来源。控制核自旋增强了资源，同时抑制了噪声。NMR技术具有挑战性：第III族和第V族同位素具有大的自旋，其旋磁比相差很大;在应变材料中，存在大的依赖于原子的四极位移;并且纳米级NMR难以检测。我们报告了利用啁啾射频脉冲对量子点的100，000个核自旋的NMR。极化之后，我们证明了核自旋的反转。我们可以来回翻转核自旋100次，我们证明了啁啾NMR是一种强有力的方法来确定所有主要同位素的化学组成，初始核自旋温度和四极频率分布。关键的观察结果是NMR信号中的平台作为扫描速率的函数：我们同时在所有同位素的第一个量子跃迁处实现反转。这些实验代表了一种操纵纳米级非均匀核自旋系综的通用技术，并为探测这种介观系统的相干性开辟了道路。
2015-06-17 cond-mat.mes-hall
Quantum nuclear motion in silicene: Assessing structural and vibrational properties through path-integral simulations
本文采用路径积分分子动力学模拟研究了硅烯中量子核运动与非谐性的相互作用，发现量子离域显著影响其结构参数与晶格动力学，并在25至1200 K范围内主导热膨胀与声子谱，低温下二维压缩模量因量子核运动降低14%。
2024-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Homogeneous Linewidth Narrowing of the Charged Exciton via Nuclear Spin Screening in an InAs/GaAs Quantum Dot Ensemble
在半导体量子点中，电子与核自旋池的超精细相互作用是低温下自旋退相干的主要来源。使用高分辨率双色差分透射光谱，我们证明，这种电子-核耦合也施加了一个下限的正电荷激子退相速率，γ，在一个系综的InAs/GaAs量子点。我们发现，失相速率是敏感的超精细相互作用，这可以通过在法拉第配置的外部磁场的应用程序的强度进行控制。在零外加电场下，强的电子-核耦合引起了超过辐射极限的额外退相，γ= 230 MHz（0.95 μeV）。在~1 T的外场下实现了对超精细相互作用的屏蔽，导致γ= 172 MHz（0.71 μeV）仅受自发复合的限制。另一方面，Voigt磁场的应用混合自旋本征态，这将退相速率增加高达75%。这些结果是用一个简单而直观的模型再现的，该模型捕捉了电子超精细相互作用的基本特征及其对γ的影响。
2014-09-29 cond-mat.mes-hall
Quantum Interface of an Electron and a Nuclear Ensemble
量子物体系综的相干激发支撑了量子多体现象，并提供了实现量子存储器以存储来自量子比特的信息的机会。到目前为止，单个量子系统（例如量子比特）与这样的系综之间的确定性和相干界面仍然难以捉摸。我们首先利用一个电子将半导体量子点的介观核自旋系综冷却到核边带分辨的状态。然后，我们实现了一个全光学的方法来访问这些单独的量子化的电子-核自旋跃迁。最后，我们进行相干光旋转的一个单一的集体核自旋激发对应的自旋波称为核磁振子。这些结果构成了每个量子点自旋量子位的专用本地存储器的构建模块，并为隔离多体系统的量子态工程提供了固态平台。
2018-12-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Double Nuclear Spin Relaxation in Hybrid Quantum Hall Systems
量子工程的最新进展使我们有能力设计具有新特性的混合系统，这些特性通常不存在于它们所处的状态中。例如，自旋系综和磁振子与微波谐振器的耦合，使人们对这些系统中的集体效应及其潜在的量子应用有了更丰富的理解。我们还可以在固态体系中将电子和核自旋系综杂交在一起，以研究通常仅在原子，分子和光学世界中观察到的集体效应。在这里，我们探讨在固态制度的双域核自旋系综耦合到GaAs半导体中的南武-戈德斯通玻色子的动力学，并显示它表现出集体和个人的弛豫（热化）在非常不同的时间尺度。此外，核自旋系综的集体弛豫是人们从超辐射衰变中所期望的。这开辟了在固态系统中探索新的集体行为的可能性，其中与这些自旋相关的自然能量远小于热能。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall
Quantum sensing of a coherent single spin excitation in a nuclear ensemble
在相干相互作用物体的集合中测量单个量子在涌现量子现象的研究中是变革性的。一个孤立的核自旋系综是一个显着的平台，由于其一致性，但检测其单自旋激发仍然是难以捉摸的。在这里，我们使用半导体量子点中的电子自旋量子比特，通过28 GHz量子比特频率上的200 kHz超精细位移，以1.9 ppm的精度感测单个核自旋激发（核磁振子）。我们证明了这种单磁振子精度在多种模式确定的核物种和极性。最后，我们监测的相干动力学的核磁振子和量子相关的出现，对抗退相干。这项工作的直接延伸是探测包括长寿命记忆态在内的系综的工程量子态。
2020-08-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Witnessing quantum correlations in a nuclear ensemble via an electron spin qubit
自旋相干系综与代理量子位的接口是一个有吸引力的平台，以创建多体相干和探测的集体激发制度。半导体量子点中的电子自旋量子位可以充当到由多个高自旋原子种类组成的量子点内的致密核自旋系综的这种界面。早期的工作已经表明，电子可以通过其平均场与总核极化的相互作用的统计，即其平均值和方差，来传递其核环境的性质。在这里，我们展示了一种方法来探测自旋状态的核合奏，利用其集体自旋激发的反应，使物种选择性重建超出平均场。对于光学制备的平均场的可访问范围，重建的人口表明，系综是在一个非热，相关的核状态。重建物种分辨极化的总和超过经典预测的三倍。这种明显的偏离来自于包含粒子间相干性的自旋系综，并作为纠缠见证证实了黑暗多体态的形成。
2021-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Harnessing nuclear spin polarization fluctuations in a semiconductor nanowire
在第一次测量凝聚态系统的核磁共振（NMR）后不久，布洛赫预言了在$N$自旋系综的极化中存在与$1/\sqrt{N}$成比例的统计涨落。首先由Sleator等人观察到，所谓的“自旋噪声”最近已经成为纳米级磁共振成像（nanoMRI）中的关键成分。这种突出是MRI分辨率提高到100 nm^3以上的直接结果，在100 nm^3的尺度下，统计自旋涨落开始主导极化动力学。我们展示了一种技术，通过利用这些波动产生比自然热分布更大和更窄的极化，在纳米级的核自旋集合中创建自旋顺序。我们专注于与单个InP和GaP纳米线（NW）及其含氢吸附层相关的包含~10^6磷和氢自旋的系综。我们实时监测、控制和捕获系综自旋极化的波动，并将其存储很长一段时间。这种选择性捕获大的极化波动可能提供一种增强纳米尺度体积的核自旋产生的弱磁信号的途径。该方案也可能被证明是有用的初始化在固态的电子自旋量子比特的核超精细场。
2013-07-23 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction induced critical exponents in the quantum Hall effect
研究了核自旋随机场通过超精细接触（Fermi）相互作用与二维电子自旋相互作用的量子Hall系统中的定域-离域跃迁。我们使用Chalker-Coddington网络模型，它对应于最低朗道水平上的投影。不均匀的核极化作用于电子，作为一个额外的限制势，因此，引入了额外的参数$p$（在随机势鞍点附近找到极化核的概率），负责从量子到经典行为的变化。以这种方式，我们得到两个临界指数对应于量子和经典渗流。我们还研究了二维扩展态如何发展成一维临界态。
2006-11-30 cond-mat.mes-hall
Decoherence of coupled electron spins via nuclear spin dynamics in quantum dots
在双量子点中，两个电子自旋之间的交换相互作用重整化了核自旋池中成对翻转的激发能，这反过来又修改了非马尔可夫池动力学。由于能量重整化随量子点之间的Overhauser场失配而变化，因此由浴动力学产生的电子单重态-三重态退相干依赖于从系综中对核自旋态的采样，导致从单样本动力学中的指数退相干转变为系综平均下的幂律衰减。相反，对于不同的核自旋组态选择，一个点中单个电子自旋的退相干基本上是相同的。
2007-07-17 cond-mat.mes-hall
Coherent control of solid state nuclear spin nano-ensembles
探测和控制核自旋纳米系综对于核磁共振（NMR）光谱学的进一步发展和新兴的固态量子技术至关重要。在这里，我们提出了一个$\approx$ 1纳米厚的金刚石层的制造组成的$^{13}$ C核自旋掺杂的氮空位中心（NV）嵌入在一个无自旋的$^{12}$ C晶体基质。该层附近的单个NV用于$^{13}$ C自旋的极化和其磁化的读出。我们展示了一种方法，通过使用射频脉冲的相干控制的几十个核自旋，并显示基本的相干控制实验-拉比振荡，拉姆齐光谱和哈恩回波，但任何NMR脉冲序列可以实现。所示的结果提出了实现基于核自旋的量子模拟器的第一步。
2018-02-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Delocalization effects and charge reorganizations induced by repulsive interactions in strongly disordered chains
研究了强无序一维晶格中短程排斥相互作用对有限密度无自旋费米子基态的离域效应。密度矩阵重整化群方法被用来探讨电荷密度和基态能量相对于边界条件（持续电流）的敏感性，为广泛的参数（载流子密度，相互作用和无序）。分析方法的开发，并允许了解一些机制和限制条件。对于弱相互作用强度，有一个费米玻璃的安德森局域态，而在相反的限制强相互作用，有一个相关的电荷阵列（莫特绝缘体）。在这两种情况下，系统是强绝缘的，基态能量在扭曲的边界条件下基本不变。将相互作用强度从大值减小到中间值，固体阵列的量子熔化引起电荷的更均匀分布，并且当边界条件扭曲时，基态能量改变。在单个链中，这种熔化通过位于相互作用的样品相关值处的突然步骤发生，其中可以观察到基态和第一激发之间的（避免的）能级交叉。重要的电荷重组发生在避免交叉点和持续电流强烈增强周围相应的相互作用值。这些大的离域效应在系综平均后变得模糊和减少。它们主要表现为半充盈和强烈的无序性，但在远离这种最佳状态时仍然存在。
2000-11-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Stable Three-Axis Nuclear Spin Gyroscope in Diamond
提出了一种灵敏稳定的三轴金刚石陀螺。我们通过利用与金刚石中氮空位中心相关的N14核自旋的长相干时间以及其电子自旋的有效极化和测量来实现高灵敏度。虽然陀螺仪是基于一个简单的拉姆齐干涉方案，我们使用量子传感器的相干控制，以提高其相干时间以及其对长时间漂移的鲁棒性，从而实现了一个非常强大的设备，分辨率为0.5mdeg/s/（Hz mm^3）^（1/2）。此外，我们利用氮空位中心的四个离域轴来测量旋转速率，而且还测量其方向，从而获得紧凑的三轴陀螺仪。
2012-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Demagnetization of Quantum Dot Nuclear Spins: Breakdown of the Nuclear Spin Temperature Approach
在晶格中排列的相互作用的核自旋的物理学通常使用热力学框架来描述：在大块固态系统中的各种实验研究已经证明自旋温度的概念不仅是正确的，而且对于理解实验观察至关重要。利用退磁实验，我们证明了量子点的介观核自旋系综一般不能用自旋温度来描述。我们将所观察到的偏离热自旋状态与QD内的强四极相互作用的存在下，导致显着的非谐性的核自旋的光谱。应变引起的不均匀四极位移也导致核自旋系综与其环境之间的角动量交换完全抑制，导致核自旋弛豫时间超过一小时。值得注意的是，四极相互作用的位置相关轴使得磁场扫描固有地非绝热，从而导致核自旋极化的不可逆损失。
2009-07-20 cond-mat.mes-hall
Decay and revival of electron spin polarization in an ensemble of (In,Ga)As quantum dots
在（In，Ga）As/GaAs量子点中，电子自旋的周期性光学取向导致了电子自旋在外加磁场中的旋进模的形成，这种旋进模与泵浦周期性共振。由于电子自旋在核自旋浴内局部化，其极化印记在浴的自旋极化上。后者反作用于电子自旋极化。我们实现了一个脉冲协议，其中一个训练的激光脉冲是由一个长，黑暗的差距。它使我们能够从电子自旋极化的自由演化中获得高分辨率的旋进模谱。此外，我们改变了训练中的泵浦脉冲的数量，以研究进动模式的建立。为了分离核效应，我们通过使用射频场来抑制核极化。我们发现，一个长寿命的核自旋极化印记的周期性激发显着加快了电子自旋极化的建设，并诱导形成额外的电子自旋进动模式。为了解释这些发现，我们扩展了一个已建立的动态核极化模型，考虑到光学失谐的量子点，核自旋激活额外的电子自旋进动模式。
2018-08-29 cond-mat.mes-hall
'Hole-digging' in ensembles of tunneling Molecular Magnets
隧穿磁性分子系综的核自旋介导的量子弛豫导致系统内场分布中出现“洞”。利用蒙特卡罗模拟研究了这种空洞的形式及其随时间的演化。结果表明，弱极化样品中隧穿空穴的线形必须具有洛伦兹线形，到目前为止所做的所有实验中的短时半宽$ξ_o$应该是$\sim E_0$，即核自旋多重态的半宽。经过一段时间$τ_o$，即单分子隧穿弛豫时间后，空穴宽度开始迅速增加。在初始极化样品的共振隧穿表面的解体被发现是非常快的。
2003-09-09 cond-mat.mes-hall
Optical hyperpolarization of 13C nuclear spins in nanodiamond ensembles
在这里，我们提出并详细分析协议，可以实现快速超极化的13 C核自旋在随机取向的合奏纳米金刚石在室温下。我们的协议利用氮空位中心中电子自旋的光学极化和通过微波控制将这种极化转移到13 C核的组合，以克服纳米金刚石及其氮空位中心的随机取向所带来的严峻挑战。具体地，这些随机取向导致电子自旋能级的极大能量变化，这使得氮空位中心电子自旋的极化和相干控制以及它们与周围13 C核自旋的相干相互作用的控制非常低效。我们解决这些挑战的组合，结合实现的集成固体效应，连同绝热旋转的外部磁场或旋转的纳米金刚石的非共振微波双共振方案，导致一个协议，实现高水平的超极化的整个核自旋浴在随机取向的合奏纳米金刚石，即使在室温下。这种超极化与纳米金刚石中的长核自旋极化寿命和相对高密度的13 C核一起具有导致13 C核磁共振成像中的主要信号增强的潜力，并且表明官能化和超极化的纳米金刚石作为用于体外和体内分子成像的独特探针。
2015-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hyperpolarisation of external nuclear spins using nitrogen-vacancy centre ensembles
金刚石中的氮空位（NV）中心已成为非侵入性超极化分子系统中的核自旋以提高核磁共振（NMR）实验灵敏度的候选者。几个有希望的原理实验证明了从单个NVs到金刚石外部的氢自旋的小规模极化转移。然而，这些结果的使用密集的NV合奏，这是一个必要的先决条件，实现现实的NMR灵敏度增强的规模，尚未得到证明。在这项工作中，我们提出了证据的极化之间的相互作用的浅NV合奏和外部核目标在微米尺度上，并在实现有用的极化增强的挑战。在与固态靶中的氢相互作用的最有利的示例中，测量每秒每NV的$\approx 7500$自旋的最大极化转移速率，在包含有序$10^6$ NV的区域上求平均。降低水平的极化效率被发现为液态的目标，其中分子扩散限制的转移。通过理论模型的分析，我们发现，我们的研究结果表明，实施这种技术的核磁共振灵敏度增强是可行的，以下现实的金刚石材料的改进。
2021-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measurement of statistical nuclear spin polarization in a nanoscale GaAs sample
我们用磁共振力显微镜测量了亚微米（0.6 μ m^3）GaAs粒子中四极核自旋的统计极化。从GaAs晶片上切下晶体样品，并使用聚焦离子束技术将其附着到微机械悬臂梁力传感器上。核磁共振的实验是在含有小于5 x 10^8个核自旋的系综上进行的，在GaAs中占据的体积约为（300 nm）^3，在未来的实验中可能会减小体积。我们将讨论如何进一步减少这种检测体积将使自旋系综进入一个政权，随机自旋波动，而不是玻尔兹曼极化，占主导地位的动态。因此，GaAs中统计极化的检测代表了在纳米尺度上III-V族材料的3D磁共振成像的重要的第一步。
2011-10-23 cond-mat.mes-hall
Understanding the magnetic resonance spectrum of nitrogen vacancy centers in an ensemble of randomly-oriented nanodiamonds
含有氮空位（NV-）中心的纳米金刚石显示出许多新兴应用的前景，包括靶向体内成像和产生用于增强NMR光谱和成像的核自旋超极化。在这里，我们开发了一个详细的理解的磁共振行为的NV-中心的纳米金刚石与随机晶体取向的合奏。二维光学检测的磁共振光谱揭示了能级，自旋布居和跃迁概率的分布，产生了一个复杂的频谱。我们确定泛音过渡，本质上是不敏感的晶体取向，并给出定义良好的过渡频率，访问整个纳米金刚石合奏。这些跃迁可以用于高分辨率成像和产生核自旋超极化。数据很好地描述了从零到高场制度，包括中间制度的最大复杂性的数值模拟。我们评估的前景nanodiamond合奏专门为核超极化和频率扫描动态核极化可能会转移大量的NV-中心的超极化核自旋通过扫描其频谱的一个小区域。
2017-07-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear Magnetometry Study of Spin Dynamics in Bilayer Quantum Hall Systems
我们对双层总填充因子为$ν_{\rm{tot}} = 2$的量子霍尔铁磁体进行了核磁研究。我们发现，在与倾斜反铁磁相作用一秒钟后，不仅核弛豫迅速，而且核自旋极化分布也发生突变。我们讨论了由集体自旋相互作用的电子引发的核自旋系综合作现象的可能性。
2014-10-21 cond-mat.mes-hall
Polarization transfer from optically-pumped NV center ensembles to multinuclear spin baths
NV-金刚石在纳米级传感和自旋操纵方面引起了人们的浓厚兴趣。特别地，在单个NV中心的光激发之后的非平衡电子自旋极化已经成功地转移到缺陷周围的核自旋浴中。然而，这些实验需要扩展到NV-合奏有前途的实际应用中的超极化的大体积样品体积的NMR信号增强。在这里，我们使用一个密集的，浅的NV-中心合奏证明在一个定义良好的复合金刚石样品系统的核自旋的极化转移。这使我们能够解决三种不同类型的核自旋在不同的位置相对于NV极化源：从接近$^{13}$ C内的金刚石晶格的自组装分子系统组成的$^{1}$ H和$^{19}$ F自旋外的金刚石和多个接口。我们发现，合奏NV实验面临的问题不同于单一NV实验。特别地，使用自旋锁脉冲，NV系综的非均匀加宽的ESR线限制了可以发生转移协议的最小共振线宽。此外，我们比较了不同的核浴的NV自旋极化损失和极化转移率，并讨论了自旋扩散的作用，作为间接影响核极化建立在纳米NV-NMR实验的检测体积内的直接观察。
2021-11-23 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Nanoscale Solid-State Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy using Depth-Optimized Nitrogen-Vacancy Ensembles in Diamond
体量子材料的核磁共振（NMR）和核四极共振（NQR）光谱学提供了对诸如量子相临界性、磁性和超导性等现象的洞察。随着具有磁性现象的纳米级2-D材料的出现，感应检测的NMR和NQR光谱学不足以灵敏地检测纳米材料中的较小数量的自旋。金刚石中的氮空位（NV）中心已经显示出将NMR和NQR光谱的分析能力带到纳米级的希望。然而，由于缺陷中心的深度依赖性形成效率、来自表面自旋的噪声、能带弯曲效应以及核磁场的深度依赖性，关于极化自旋的表面NMR的理想NV深度存在模糊性。在这项工作中，我们准备了一系列的浅NV系综层深度，并确定了理想的NV深度进行NMR光谱的偏振\fluorine{}在Fomblin油的金刚石表面。我们发现，使用XY 8-N噪声光谱实现SNR为3所需的测量时间在NV深度为5.4 nm处最小。为了证明NV系综的传感能力，我们对六方氮化硼薄片的\boron{}进行NQR光谱。我们比较我们最好的金刚石与以前的工作与一个单一的NV，发现这个合奏提供了一个较短的测量时间与激发直径小至4 $μ$ m。该分析为进一步的实验提供了理想的条件，这些实验涉及具有磁性的2-D材料的NMR/NQR光谱。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Purification of an unpolarized spin ensemble into entangled singlet pairs
核自旋系综的动力学极化对于磁共振研究、精密传感和量子信息理论的应用具有重要意义。在这里，我们提出了一个计划，以产生长寿命的单重态对的非极化核自旋系综是偶极耦合到金刚石中的氮空位中心的电子自旋。由NV中心的频繁自旋选择性读出引起的量子力学反作用允许核自旋配对成最大纠缠的单态对。反直觉地，对形成的鲁棒性去相位噪声提高与自旋系综的大小增加。我们还展示了如何配对的核自旋状态允许增强检测能力的NV中心的钻石。
2017-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.chem-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
Dynamics of a mesoscopic nuclear spin ensemble interacting with an optically driven electron spin
在半导体InGaAs量子点的局部环境中同时发生的噪声源（例如电场和磁场波动）之间进行区分的能力是理解它们各自的动力学及其对量子点相干特性的影响的关键。我们提出了一种基于单电子量子点双色共振荧光的全光传感方法，测量结果表明，在没有外部磁场的情况下，由于核自旋引起的局部磁场波动可以用两个相关时间来描述，这两个时间都在微秒范围内。核自旋浴动力学表现出强烈的依赖于共振探测的强度，随着光学跃迁饱和，相关时间增加了四倍。我们解释的行为作为运动平均的骑士场的居民电子自旋和超精细介导的核自旋相互作用，由于光诱导的电子自旋翻转。
2014-11-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Near-resonant nuclear spin detection with megahertz mechanical resonators
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；AMOLF（阿莫夫纳米光子学中心）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）
利用兆赫兹机械谐振子通过磁场梯度耦合核自旋，通过测量谐振器频率方差实现单个核自旋的检测。
2026-04-17 cond-mat.mes-hall
Spin noise in a quantum dot ensemble: from a quantum mechanical to a semi-classical description
自旋噪声谱是揭示量子点中自旋退相过程微观本质的一种很有前途的技术。我们比较了两种互补方法计算的单电荷量子点系综中的自旋噪声。Chebyshev多项式展开技术（CET）解释了核自旋池的全部量子力学涨落，半经典方法（SCA）基于对所有不同静态Overhauser场配置上的电子自旋动力学进行平均。我们观察到一个显着的协议，这两种方法在频谱的高频部分，而低频部分是由长时间波动的Overhauser字段。我们发现小的差异取决于超精细耦合的分布的光谱。在足够强的磁场中，用两种互补的方法计算了原子核动力学猝灭时的自旋噪声谱，结果完全一致。
2014-03-14 cond-mat.mes-hall
Microwave-assisted cross-polarization of nuclear spin ensembles from optically-pumped nitrogen-vacancy centers in diamond
在金刚石中光学初始化氮空位（NV）中心的电子自旋的能力长期以来一直被认为是增强相邻核的极化的有价值的资源，但是有效的极化转移到金刚石晶体外部的自旋物质已经被证明是具有挑战性的。在这里，我们展示了可变磁场，微波使交叉极化从NV电子自旋质子在模型中的粘性流体与金刚石表面接触。轻微的变化，在交叉松弛率的函数之间的连续重复的传输协议的等待时间表明较慢的分子扩散附近的金刚石表面相比，在散装，观察与本模型的流体接近固体界面的微观结构一致。
2018-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Wavelet-resolved coherence beats in the Overhauser field of a thermal nuclear spin ensemble
这项工作引入了所谓的同步压缩小波变换，揭示了偶极波动的热合奏的核自旋在金刚石晶体结构，超精细耦合到一个中心的自旋。利用集团关联展开法计算两点关联函数，得到了核自旋浴相干动力学的原始时间序列。动力学可以方便地分析根据零，单，双量子跃迁来自偶极成对自旋翻转。我们发现，在早期的行为时，在自旋系综的相干性被保存，欧弗豪泽场的波动调制的偶极-偶极诱导的小的非均匀失谐的近共振跃迁内浴。由此产生的拍频在相对较长的时间间隔内延伸，其特征在于尺度图上同时揭示了核自旋噪声的时间和光谱行为。此外，影响更快动力学的第二种拍频很容易辨别，它源于每个原子核与中心自旋的超精细耦合的不均匀扩散。此外，浴内的任何四极核都印刻为驻留在零量子信道中的跳动。核自旋环境可以通过定向超精细轴来定向探测。因此，关于围绕中心自旋的紧密分离的自旋团簇的关键空间信息是可访问的。因此，基于小波的后处理可以促进近端核自旋的识别，如由它们在尺度图上的独特跳动模式所揭示的。最后，当这些功能是压倒无论是弱耦合或强耦合的经典噪声源，我们证明了阈值技术在小波域去噪污染的尺度图的功效。
2022-03-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Quantum measurement of a mesoscopic spin ensemble
本文描述了一种利用介观自旋系综与单个二能级系统的耦合来精确估计其极化的方法。对于给定的测量精度，我们的方法需要在两能级系统上进行最少数量的测量。我们认为这种方法的应用的情况下，核自旋系综定义的一个单一的电子带电的量子点：我们表明，减少电子自旋退相由于核和增加保真度的核自旋为基础的量子存储器可以在目前的实验范围内。
2006-09-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Near-resonant nuclear spin detection with high-frequency mechanical resonators
本文提出利用磁场梯度将核自旋直接耦合到高频机械谐振器，通过动力学反作用引起的频率偏移实现近共振核自旋探测，并有望实现纳米尺度磁共振成像及新型自旋操控技术。
2023-11-27 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Phase locking nuclear spins in silicon with spin-orbit coupling
Department of Physics and Astronomy, University of Rochester（罗切斯特大学物理与天文系）；University of Rochester Center for Coherence and Quantum Science（罗切斯特大学相干性与量子科学中心）
通过电子自旋轨道耦合作为相位参考，实现了硅量子点中核自旋的相位锁定，并测量了其相干进动与非均匀退相。
2026-06-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electromagnetically Induced Transparency with an Ensemble of Donor-Bound Electron Spins in a Semiconductor
我们目前的电磁感应透明的测量与一个系综的施主束缚电子在低掺杂的n-GaAs。我们使用从塞曼分裂电子自旋态的光跃迁到光密度为0.3和1.0的样品中的束缚三振子态。电子自旋退相时间T* \approx 2 ns是有限的超精细耦合波动的核自旋。我们还观察到动态核极化的特征，但发现这些效应比使用电子自旋共振的实验和量子点的相关实验要弱得多。
2010-09-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superradiance-like Electron Transport through a Quantum Dot
我们从理论上证明，在通过量子点（QD）的电子输运中可以观察到相干多体物理的有趣特征。我们首先推导了一个基于主方程的库仑阻塞体系中电子输运的框架，其中包括量子点中核自旋系综与超精细（HF）的相互作用。这个通用的工具，然后用于研究通过一个单一的量子点在运输设置的漏电流。我们发现，对于一个初始极化的核系统，所提出的设置导致一个强电流峰，在密切类似的超辐射发射的光子从原子系综。这种效应可以用真实的实验参数观察到，并将为量子点中核自旋系综的相干HF动力学提供明确的证据。
2012-06-12 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
Readout of a solid state spin ensemble at the projection noise limit
rd Institute of Physics, University of Stuttgart（斯图加特大学第三物理研究所）；Max Planck Institute for Solid State Research（马克斯·普朗克固体研究所）；Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST)（集成量子科学与技术中心）；Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics (IAF)（弗劳恩霍夫应用固态物理研究所）
研究通过直接量子非破坏性读取固态氮空位中心集体，超越光子shot噪声极限，接近固有自旋投影噪声，实现自旋集体内在波动的直接观测，为固态量子传感器提供实用工具。
2025-09-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
