論文の概要: Sensing individual nuclear spins with a single rare-earth electron spin

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2002.09357v2
• Date: Thu, 27 Feb 2020 09:14:27 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-02 11:39:37.348896
• Title: Sensing individual nuclear spins with a single rare-earth electron spin
• Title（参考訳）: 単一希土類電子スピンによる個々の核スピンのセンシング
• Authors: Thomas Kornher, Da-Wu Xiao, Kangwei Xia, Fiammetta Sardi, Nan Zhao, Roman Kolesov, J\"org Wrachtrup
• Abstract要約: 我々は,Yttriumのオルソシリケートホストに1つのCe$3+$イオンを分光し,コヒーレンス時間を1T_2=124,mu$sとする。 このコヒーレント相互作用時間は、89$Yの核スピンを89$Yの核スピン浴から分離するのに十分長い。 近くにある29ドルのSi原子核スピンを検知し、5%の質量を持つホスト物質を原材料とする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.645330467051217
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Rare-earth related electron spins in crystalline hosts are unique material systems, as they can potentially provide a direct interface between telecom band photons and long-lived spin quantum bits. Specifically, their optically accessible electron spins in solids interacting with nuclear spins in their environment are valuable quantum memory resources. Detection of nearby individual nuclear spins, so far exclusively shown for few dilute nuclear spin bath host systems such as the NV center in diamond or the silicon vacancy in silicon carbide, remained an open challenge for rare-earths in their host materials, which typically exhibit dense nuclear spin baths. Here, we present the electron spin spectroscopy of single Ce$^{3+}$ ions in a yttrium orthosilicate host, featuring a coherence time of $T_{2}=124\,\mu$s. This coherent interaction time is sufficiently long to isolate proximal $^{89}$Y nuclear spins from the nuclear spin bath of $^{89}$Y. Furthermore, it allows for the detection of a single nearby $^{29}$Si nuclear spin, native to the host material with ~5% abundance. This study opens the door to quantum memory applications in rare-earth ion related systems based on coupled environmental nuclear spins, potentially useful for quantum error correction schemes.
• Abstract（参考訳）: 結晶ホストにおける希土類関連電子スピンは、テレコムバンド光子と長寿命スピン量子ビットとの間の直接のインターフェースを提供することができるため、ユニークな物質系である。 特に、その環境における核スピンと相互作用する固体中の光学的にアクセス可能な電子スピンは、貴重な量子記憶資源である。 近隣の個々の核スピンの検出は、ダイヤモンドのNV中心や炭化ケイ素のケイ素空孔のような希薄な核スピン浴のホストシステムに限られており、通常は高密度の核スピン浴を展示するホスト材料において希少なアースにとってオープンな課題であった。 ここで、yttriumオルソシリケートホストにおける単一のce$^{3+}$ イオンの電子スピン分光法を示し、コヒーレンス時間は$t_{2}=124\,\mu$sである。 このコヒーレント相互作用時間は、約$^{89}$yの核スピン浴から近位$^{89}$yの核スピンを分離するのに十分長い。 さらに、約5%の量を持つホスト材料に固有の、近傍の1つの$^{29}$si核スピンを検出できる。 この研究は、結合した環境核スピンに基づく希土類イオン系における量子メモリ応用への扉を開く。

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