硅悬挂键的室温微秒相干性
介观与纳米尺度物理
2024-02-27 v1
摘要
硅中的顺磁点缺陷提供了量子比特，这可以为基于硅技术的低成本室温量子传感开辟道路。硅悬挂键是一个天然的候选者，因为它具有亚纳米局域化并直接参与自旋相关的载流子复合，从而允许电学自旋读出。然而，在晶体硅中，由于自由电子俘获，悬挂键自旋相干性在室温下快速损失，严重限制了量子应用。在这项工作中，通过结合密度泛函理论和多频率（100 MHz-263 GHz）脉冲电检测磁共振谱学，我们表明，在电子俘获后，氢化非晶硅基质中的悬挂键在定义明确的准二维构型中形成亚稳态自旋对。尽管高度局域化，这些纠缠的自旋对表现出几乎消失的本征偶极和交换耦合。这种魔角状构型的形成涉及被俘获电子超过0.3 eV的能量弛豫，从而稳定了该自旋对。这将硅中的室温自旋相干时间延长到微秒范围，这是未来基于自旋的量子传感技术所需的。
引用
@article{arxiv.2402.16523,
title = {Room Temperature Microsecond Coherence of Silicon Dangling Bonds},
author = {J. Möser and H. Popli and T. H. Tennahewa and T. Biktagirov and J. Behrends and W. Akhtar and H. Malissa and C. Boehme and W. G. Schmidt and U. Gerstmann and K. Lips},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.16523},
year = {2024}
}
备注
Manuscript: 19 pages, 4 figures, Supporting Information: 22 pages, 5 figures, 1 table