工程化并探测金刚石中的一维偶极自旋系综
Engineering and Probing a One-Dimensional Dipolar Spin Ensemble in Diamond
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中文总结 AI 辅助
本研究在金刚石中工程化并表征了由P1中心构成的准一维偶极自旋链，利用相关谱学探测其自旋动力学，为低维量子自旋系统提供了材料学途径。
中文摘要 AI 辅助
维度在决定相互作用量子系统的集体行为中起着核心作用。在降低维度下工程化强相互作用的固态自旋缺陷系综，仍然是应用科学与基础科学交叉领域的一项重大挑战。在此，我们创建并表征了金刚石中一种位置无序的准一维自旋链，该自旋链由光学暗态的取代氮缺陷（P1中心）和光学可寻址的探测氮-空位（NV）中心组成。我们的方法利用化学气相沉积过程中氮沿台阶束的优先掺入，实现了横向和纵向的限制。结合空间分辨的材料表征与纳米尺度量子传感，我们确立了光学暗态、未极化的P1自旋系综的一维特性。随后，我们使用相关谱学探测局域自旋自相关，并研究无限温度下的偶极自旋输运。我们的结果为工程化低维量子自旋系统建立了一条基于材料的途径。
英文摘要
Dimensionality plays a central role in determining the collective behavior of interacting quantum systems. Engineering strongly interacting ensembles of solid-state spin defects in reduced dimensions remains a significant challenge at the interface between the applied and fundamental sciences. Here, we create and characterize a positionally disordered, quasi-one-dimensional spin chain in diamond, consisting of optically dark substitutional nitrogen defects (P1 centers) and optically addressable probe nitrogen-vacancy (NV) centers. Our approach exploits the preferential incorporation of nitrogen along step bunches formed during chemical vapor deposition to achieve both lateral and vertical confinement. Combining spatially resolved materials characterization with nanoscale quantum sensing, we establish the one-dimensional character of the optically dark, unpolarized P1 spin ensemble. We then use correlation spectroscopy to probe local spin autocorrelations and investigate infinite-temperature dipolar spin transport. Our results establish a materials-based route for engineering low-dimensional quantum spin systems.
发表机构
- University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）
- California Institute of Technology（加州理工学院）
- Stanford University（斯坦福大学）
- Harvard University（哈佛大学）
- Boston University（波士顿大学）
- Max-Planck-Institut für Physik Komplexer Systeme（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
