金刚石中中性 IV 族人工原子量子比特通过产物 Jahn-Teller 效应实现的强自旋-轨道淬灭

金刚石中的人工原子量子比特已成为一系列固态量子系统的领先候选者，从量子传感器到记忆增强量子通信中的中继节点。具有反演对称性的 IV 族空位中心由 Si、Ge、Sn 和 Pb 掺杂剂构成，因其中性电荷电子组态导致基态自旋三重态，从而在低温以上实现长自旋相干，而特别具有前景。然而，尽管对这些缺陷有巨大兴趣，对其电子与自旋结构的理论理解仍难以捉摸。在此背景下，我们从第一性原理预测了中性 IV 族色心的基态与激发态性质。我们在电子-声子耦合的二阶精度下捕捉了激发态流形中发现的产物 Jahn-Teller 效应，并给出了自旋-轨道耦合效应的非微扰处理。重要的是，我们发现由于主导的 Jahn-Teller 效应，自旋-轨道分裂被强烈淬灭，最低的光学活跃 $^3E_u$ 态被微弱分裂为 $m_s$ 分辨态。所预测的中性 IV 族色心复杂振动电子谱对其实验识别至关重要，并对这些系统在量子信息科学中的使用具有关键意义。