稀疏偶极耦合自旋系统中中心自旋的量子退相干

中心自旋退相干问题在核磁共振和电子自旋共振的背景下已被研究了 50 多年。直到最近，理论模型一直采用现象学的随机描述来处理浴诱导噪声。在过去几年中，团簇展开方法提供了一种微观量子理论来研究中心自旋的谱扩散。这些方法已被证明对于核诱导电子自旋退相干问题非常准确和高效，其中与中心电子自旋的超精细相互作用远强于原子核之间的偶极相互作用。我们对规范标度不变的全偶极自旋系统的中心自旋退相干进行了深入研究。我们展示了如何调整团簇方法以处理中心自旋与浴自旋相互作用强度相当的问题。我们广泛的数值工作表明，即使简单的微扰论证开始失效，经过适当修正的团簇理论对于该问题也是收敛的。通过在周围环境的长程（对角）偶极相互作用导致的能量失谐存在下处理团簇，并仔细平均不同自旋态的影响，我们发现自旋间非平凡的翻转 - 翻转动力学有效地被自旋能级分裂中的无序所局域化。这种局域化效应使得能够在仅考虑不超过 6 个自旋的团簇时，对同类自旋的偶极耦合浴中的自旋回波信号进行稳健计算。我们将这些微观计算结果与现有的随机模型联系起来。此外，我们还针对一系列相关的候选固态量子比特问题进行了计算，包括硅中的施主和量子点以及金刚石中的氮 - 空位中心。