金刚石中带负电氮空位中心的多组态研究
量子物理
2021-02-03 v2 材料科学
摘要
宽禁带半导体中的深能级缺陷已成为实现量子传感与信息应用的主要量子比特候选。由于缺陷态的空间局域化，这些深能级缺陷可被视为固态基质中的人工原子/分子。本文表明，与单粒子处理不同，传统上专用于原子/分子的多组态量子化学方法能准确描述这些缺陷中心电子态的多体特征，并正确预测单粒子处理无法获得的属性。我们选用金刚石中带负电的氮空位(NV)中心作为原型缺陷，因其在量子信息应用中的重要性且性质广为人知，使其成为理想的基准体系。通过在量子化学计算中恰当考虑电子关联并包含自旋轨道耦合与偶极自旋-自旋耦合，对于金刚石团簇中的NV中心，我们能够：(i) 展示基态(第一激发)三重态正确分裂为两个能级(四个能级)，(ii) 计算基态与激发三重态的零场分裂值，与实验吻合良好，以及 (iii) 计算自旋三重态与自旋单重态之间及各自的能级差与排序，亦与近期实验数据吻合良好。我们所发展的数值方法具有通用性，可筛选其他性质未知但具应用前景的色心。
引用
@article{arxiv.2008.10156,
title = {A multiconfigurational study of the negatively charged nitrogen-vacancy center in diamond},
author = {Churna Bhandari and Aleksander L. Wysocki and Sophia E. Economou and Pratibha Dev and Kyungwha Park},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.10156},
year = {2021}
}
备注
14 pages and 5 figures