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室温下通过金刚石中氮空位色心的光泵浦实现单核自旋的动态极化

Dynamic polarization of single nuclear spins by optical pumping of nitrogen-vacancy color centers in diamond at room temperature.

作者信息

Jacques V, Neumann P, Beck J, Markham M, Twitchen D, Meijer J, Kaiser F, Balasubramanian G, Jelezko F, Wrachtrup J

机构信息

3. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, 70550 Stuttgart, Germany.

出版信息

Phys Rev Lett. 2009 Feb 6;102(5):057403. doi: 10.1103/PhysRevLett.102.057403.

DOI:10.1103/PhysRevLett.102.057403
PMID:19257552
Abstract

We report a versatile method to polarize single nuclear spins in diamond, based on optical pumping of a single nitrogen-vacancy (NV) defect and mediated by a level anticrossing in its excited state. A nuclear-spin polarization higher than 98% is achieved at room temperature for the 15N nuclear spin associated with the NV center, corresponding to microK effective nuclear-spin temperature. We then show simultaneous initialization of two nuclear spins in the vicinity of a NV defect. Such robust control of nuclear-spin states is a key ingredient for further scaling up of nuclear-spin based quantum registers in diamond.

摘要

我们报告了一种在金刚石中极化单核自旋的通用方法,该方法基于单个氮空位(NV)缺陷的光泵浦,并由其激发态的能级反交叉介导。对于与NV中心相关的15N核自旋,在室温下实现了高于98%的核自旋极化,对应于微开尔文有效核自旋温度。然后,我们展示了在NV缺陷附近两个核自旋的同时初始化。这种对核自旋态的稳健控制是进一步扩大金刚石中基于核自旋的量子寄存器规模的关键要素。

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