Van der Waals材料中单核自旋探测与控制
量子物理
2025-07-24 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
固体中光活性自旋缺陷是量子感知和量子网络的领先人选。最近发现六方氮化硼（hBN）中存在单自旋缺陷。由于其二维结构，hBN允许将自旋缺陷置于靠近目标样本的位置，这对于原子尺度的量子感知尤为理想，包括单个分子的核磁共振（NMR）。然而，这些缺陷的化学结构尚不为人所知，探测单个核自旋的 hBN 自旋缺陷一直是难题。本研究通过 C离子植入在 hBN 中制造单自旋缺陷，并基于超弱相互作用识别出三种不同的缺陷类型。我们观察到单个 hBN 自旋缺陷中存在S=1和S=1/2自旋态。我们演示了在 vdW 材料中对单个核自旋的原子尺度NMR和相干控制，实现了最高达99.75%的 -门保真度（室温下）。通过将实验结果与密度泛函理论计算进行比较，我们为这些自旋缺陷提出了化学结构假设。我们的工作推进了对 hBN 中单自旋缺陷的理解，为利用带有核自旋的 hBN 自旋缺陷进行量子感知提供了一条提升路径。
引用
@article{arxiv.2409.01601,
title = {Single nuclear spin detection and control in a van der Waals material},
author = {Xingyu Gao and Sumukh Vaidya and Kejun Li and Zhun Ge and Saakshi Dikshit and Shimin Zhang and Peng Ju and Kunhong Shen and Yuanbin Jin and Yuan Ping and Tongcang Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.01601},
year = {2025}
}
备注
12 pages, 6 figures