NV晶体自旋中心光电响应的数值建模与实验验证
量子物理
2026-01-15 v2
摘要
我们报告了NV晶体中光电响应的数学模型，可用于感测和量子科学信息应用。虽然该模型适用于NV中子,但经小修改后也可适用于其他半导体固态量子比特。在模型中,我们包括电荷载流子的漂移与收集，以及通过生成与复合动力学考虑其他缺陷的存在。尽管NV缺陷的光致发射读出及其动力学已被广泛实验与理论研究,但迄今尚无精确的光电流读出模型。我们采用多电子水平系统,包括mS=0, mS=+-1基态与激发态、三能级态以及NV0中性态。此外,讨论了取代性氮(NS)的存在——例如决定自旋相干性的参磁性自旋浴，以及接受型缺陷的存在。我们对所有电子亚能级的时间依赖占据情况进行建模，同时考虑电子电荷传输方程，进而获得关于电荷态转换与复合动力学的信息。计算得到ODMR与PDMR响应及其量子效率。在此基础上,我们确定量子比特操作的最优参数空间,包括最高自旋对比度，尤其关注NS存在的影响。该模型经实验验证，可成为量子比特光电读出性能优化的有用工具。
引用
@article{arxiv.2511.19583,
title = {Modelling and experimental verification of photoelectrical response of NV diamond spin centres},
author = {Josef Soucek and Michael Petrov and Michal Gulka and Emilie Bourgeois and Milos Nesladek},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.19583},
year = {2026}
}