利用时钟跃迁和动态去相位增强Cr$_7$Mn分子纳米磁铁的相干性
介观与纳米尺度物理
2026-01-13 v1 量子物理
摘要
分子磁性材料因其化学可调性、通过电子自旋共振技术实现的可寻址性以及较长的相干时间，被视为自旋量子比特的有力候选。时钟跃迁(CT)由于系统对磁场波动的一级免疫，提供了增强相干时间的方法，并可揭示非此类波动导致的去相位机制。本文研究了CrMn两种变体，该材料是一种自旋-1分子纳米磁铁，在CT附近的场域内进行实验。我们发现，在 K时，在CT处使用Hahn回声脉冲序列可实现 μs。远离CT时，观察到由于与核自旋耦合导致的电子自旋回声包络调制(ESEEM)振荡，其可达 μs，表明存在与此类波动不同的相干性保持机制。使用CPMG脉冲序列进行动态去相位，CT处 μs，ESEEM regime下可达 μs，并伴随振荡行为的调制。实验得到的值几乎独立于分子在溶剂中的稀释程度以及溶剂是否为脱氢化，表明大部分去相位和ESEEM源自分子内部。为解释去相位，我们构建了一个模型，除了场波动外，还包括CT跃迁频率本身的波动。我们的结果可通过将环境视为由核Larmor预cession频率的噪声以及横向各向异性参数中噪声的组合来解释。关于分子内部去相位机制的这一信息，可助力基于分子的自旋量子比特进行理性设计。
引用
@article{arxiv.2507.13714,
title = {Enhancing Coherence with a Clock Transition and Dynamical Decoupling in the Cr$_7$Mn Molecular Nanomagnet},
author = {Guanchu Chen and Brendan C. Sheehan and Ilija Nikolov and James W. Logan and Charles A. Collett and Gajadhar Joshi and Grigore A. Timco and Jillian E. Denhardt and Kevin R. Kittilstved and Richard E. P. Winpenny and Jonathan R. Friedman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.13714},
year = {2026}
}
备注
The Main Manuscript has 16 pages and 12 figures. The Supplement has 15 pages and 11 figures