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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2507.02312 (cond-mat)
[提交于 2025年7月3日 ]

标题: 通过界面工程增强固态量子比特中的量子相干性

标题: Enhancement of quantum coherence in solid-state qubits via interface engineering

Authors:Wing Ki Lo, Yaowen Zhang, Ho Yin Chow, Jiahao Wu, Man Yin Leung, Kin On Ho, Xuliang Du, Yifan Chen, Yang Shen, Ding Pan, Sen Yang
摘要: 浅层氮空位(NV)中心在金刚石中是有前途的量子传感器,但由于体和表面杂质导致噪声引起的相干时间短。我们通过氧终止和石墨烯补丁进行界面工程,将浅层NV的相干时间延长至超过1毫秒,接近T1极限。拉曼光谱和密度泛函理论显示,由表面终止驱动的石墨烯电荷转移通过配对表面电子减少自旋噪声,双电子-电子共振光谱显示较少的未配对自旋。增强的灵敏度能够检测单个弱耦合的13C核自旋和来自六方氮化硼(h-BN)层的外部11B自旋,实现了纳米尺度的核磁共振。保护性的h-BN顶层稳定了平台,确保对恶劣处理的鲁棒性和与目标材料的兼容性。这种综合方法通过结合扩展的相干性、改进的灵敏度和设备耐用性,推动了实用量子传感的发展。
摘要: Shallow nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond are promising quantum sensors but suffer from noise-induced short coherence times due to bulk and surface impurities. We present interfacial engineering via oxygen termination and graphene patching, extending shallow NV coherence to over 1 ms, approaching the T1 limit. Raman spectroscopy and density-functional theory reveal surface termination-driven graphene charge transfer reduces spin noise by pairing surface electrons, supported by double electron-electron resonance spectroscopy showing fewer unpaired spins. Enhanced sensitivity enables detection of single weakly coupled 13C nuclear spins and external 11B spins from a hexagonal boron nitride (h-BN) layer, achieving nanoscale nuclear magnetic resonance. A protective h-BN top layer stabilizes the platform, ensuring robustness against harsh treatments and compatibility with target materials. This integrated approach advances practical quantum sensing by combining extended coherence, improved sensitivity, and device durability.
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall) ; 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2507.02312 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2507.02312v1 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.02312
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Nat Commun 16, 5984 (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-61026-3
链接到相关资源的 DOI

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来自: Wing Ki Lo [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 7 月 3 日 04:48:07 UTC (2,938 KB)
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