基于第一性原理在简单氧化物中发现类原子钟自旋缺陷
材料科学
2024-06-12 v4
摘要
由于晶格中自旋核的稀缺，简单氧化物几乎无噪声，有望成为固态自旋量子比特的宿主。然而，在这些体系中尚未发现合适的自旋缺陷。利用高通量第一性原理计算，我们预测了氧化钙中具有与金刚石中NV中心极为相似电子特性的自旋缺陷。这些缺陷是带电复合体，其中掺杂原子——Sb、Bi或I——占据相邻阳离子和阴离子空位腾出的空间。预测的零声子线表明Bi复合体在电信波段发射，计算的多体能级暗示了量子比特初始化所需的可行光学循环。值得注意的是，每种掺杂剂的高自旋核与电子自旋强耦合，导致许多可控量子能级以及类原子钟跃迁的出现，这些跃迁能很好地免受环境噪声影响。具体而言，在含\ch{^{209}Bi}的缺陷中，类原子钟跃迁处的Hanh回波相干时间增加到秒级以上。我们的结果为在简单氧化物中设计长相干时间的量子态铺平了道路，使其成为量子技术中有吸引力的平台。
引用
@article{arxiv.2302.07523,
title = {Discovery of Atomic Clock-Like Spin Defects in Simple Oxides from First Principles},
author = {Joel Davidsson and Mykyta Onizhuk and Christian Vorwerk and Giulia Galli},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.07523},
year = {2024}
}