金刚石自旋线中纯自旋输运的观测

自旋输运电子学（自旋电子学）致力于利用电子自旋作为量子及经典信息处理与存储的状态变量。某些绝缘材料（如金刚石）提供了缺陷中心，其相关自旋与环境良好隔离，从而具有长相干时间；然而，自旋相互作用对于输运、纠缠和读出至关重要。在此，我们报告了在纳米尺度准一维“自旋线”内对纯自旋输运（无任何电荷运动）的直接测量，并发现自旋扩散长度约为 700 nm。我们利用了处于热平衡且无施加极化梯度的少量自旋（$\sqrt{N}$ < 100 个净自旋）的统计涨落。自旋输运通过诱导翻转 - 翻转（flip-flop）跃迁的磁偶极相互作用进行，这是一种能够实现高效甚至可逆纯自旋电流的机制。为了进一步研究自旋线内的动力学，我们实施了一种磁共振协议，提高了空间分辨率并提供了纳米级光谱信息，从而证实了观测到的自旋输运。这一光谱工具为在长寿命核自旋态中空间编码自旋信息开辟了一条潜在途径。我们的测量在纳米尺度上探测了内禀自旋动力学，为寻求控制自旋的实用器件提供了所需的详细见解。