基于金刚石的混合自旋振子系统中的自旋-应力与自旋-应变耦合

混合量子系统将量子力学系统与宏观机械振子相结合，因非常适合作为量子计算机中的高性能传感器或换能器而受到越来越多的关注。一个有前景的候选系统基于金刚石悬臂梁，其运动通过晶体形变与嵌入的氮空位（NV）中心耦合。尽管这类耦合过去已被深入研究，现有文献中存在若干不一致之处，且迄今尚无完整且一致的理论描述。为澄清并解决这些问题，我们在此发展了一种完整且一致的形式体系，用以在晶体坐标系 XYZ 中定义的应力和四个独立 NV 参考系中定义的应变方面描述 NV 自旋自由度与晶体形变之间的耦合。我们发现基于应力的方法直截了当，可给出应力诱导能级移动的紧凑表达式，因此构成了该领域未来进展中首选采用的方法。相比之下，基于应变的形式体系要复杂得多，并且在变换到所采用的 NV 参考系时需要格外小心。此外，我们阐明了如何利用所发展的形式体系从 Teissier 等人发表的数据中提取自旋-应力和自旋-应变耦合常数的值。