Nuclear spin diffusion in the central spin system of a GaAs/AlGaAs quantum dot.
Nuclear spin diffusion in the central spin system of a GaAs/AlGaAs quantum dot.
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DOI：
10.1038/s41467-023-38349-0
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发表时间：
2023-05-09
影响因子：
16.6
通讯作者：
Chekhovich, Evgeny A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Millington-Hotze, Peter;Manna, Santanu;da Silva, Saimon F. Covre;Rastelli, Armando;Chekhovich, Evgeny A.
自旋扩散的概念提供了一个纯粹的量子力学在非均匀极化的多体系统，如核自旋晶格演化的经典描述。定域电子的中心自旋改变了核自旋扩散的方式，仍然是知之甚少。在这里，自旋扩散在一个单一的GaAs/AlGaAs量子点是见证了最直接的方式从振荡自旋弛豫动力学。发现电子自旋加速核自旋弛豫，由此我们得出结论，长期讨论的骑士场梯度扩散势垒的概念不适用于GaAs外延量子点。我们的实验区分非扩散弛豫和自旋扩散，使我们能够得出结论，扩散是由中心电子自旋加速。这种加速被观察到意外的高磁场-我们提出电子自旋翻转波动作为解释。扩散限制的核自旋寿命在1到10秒之间，这对于量子信息存储和处理来说是足够长的。局域电子自旋和核自旋之间的相互作用导致核自旋能级的变化，但这如何影响量子点中的核自旋扩散尚未完全了解。在这里，作者表明，中心电子加速GaAs/AlGaAs量子点中的核自旋扩散。
The spin diffusion concept provides a classical description of a purely quantum-mechanical evolution in inhomogeneously polarized many-body systems such as nuclear spin lattices. The central spin of a localized electron alters nuclear spin diffusion in a way that is still poorly understood. Here, spin diffusion in a single GaAs/AlGaAs quantum dot is witnessed in the most direct manner from oscillatory spin relaxation dynamics. Electron spin is found to accelerate nuclear spin relaxation, from which we conclude that the long-discussed concept of a Knight-field-gradient diffusion barrier does not apply to GaAs epitaxial quantum dots. Our experiments distinguish between non-diffusion relaxation and spin diffusion, allowing us to conclude that diffusion is accelerated by the central electron spin. Such acceleration is observed up to unexpectedly high magnetic fields – we propose electron spin-flip fluctuations as an explanation. Diffusion-limited nuclear spin lifetimes range between 1 and 10 s, which is sufficiently long for quantum information storage and processing. Interaction between localized electron spins and nuclear spins causes shifts in nuclear spin energy levels, but how this affects nuclear spin diffusion in quantum dots is not fully understood. Here the authors show that the central electron accelerates nuclear spin diffusion in GaAs/AlGaAs quantum dots.
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Chekhovich, Evgeny A.;da Silva, Saimon F. Covre;Rastelli, Armando
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