論文の概要: Magneto Optical Sensing beyond the Shot Noise Limit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.01242v1
• Date: Tue, 3 Aug 2021 01:53:46 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-20 01:10:32.778004
• Title: Magneto Optical Sensing beyond the Shot Noise Limit
• Title（参考訳）: ショットノイズ限界を超える磁気光学センシング
• Authors: Yun-Yi Pai, Claire E. Marvinney, Chengyun Hua, Raphael C. Pooser, and Benjamin J. Lawrie
• Abstract要約: 本稿では,低温磁気光学カー効果測定のための非線形干渉計測読出手法を提案する。 10$textnrad/sqrttextHz$感受性は1$mu$Wの光学パワーで達成可能であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2446672595462589
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Magneto-optical sensors including spin noise spectroscopies and magneto-optical Kerr effect microscopies are now ubiquitous tools for materials characterization that can provide new understanding of spin dynamics, hyperfine interactions, spin-orbit interactions, and charge-carrier g-factors. Both interferometric and intensity-difference measurements can provide photon shot-noise limited sensitivity, but further improvements in sensitivity with classical resources require either increased laser power that can induce unwanted heating and electronic perturbations or increased measurement times that can obscure out-of-equilibrium dynamics and radically slow experimental throughput. Proof-of-principle measurements have already demonstrated quantum enhanced spin noise measurements with a squeezed readout field that are likely to be critical to the non-perturbative characterization of spin excitations in quantum materials that emerge at low temperatures. Here, we propose a truncated nonlinear interferometric readout for low-temperature magneto-optical Kerr effect measurements that is accessible with today's quantum optical resources. We show that 10 $\text{nrad}/\sqrt{\text{Hz}}$ sensitivity is achievable with optical power as small as 1 $\mu$W such that a realistic $T$ = 83 mK can be maintained in commercially available dilution refrigerators. The quantum advantage for the proposed measurements persists even in the limit of large loss and small squeezing parameters.
• Abstract（参考訳）: スピンノイズスペクトロスコピーや磁気光学カー効果マイクロスコープを含む磁気光学センサは、スピンダイナミクス、超微細構造相互作用、スピン軌道相互作用、電荷キャリアg因子の新たな理解を提供する材料キャラクタリゼーションのためのユビキタスなツールとなっている。 干渉計測と強度拡散測定の両方は光子ショットノイズの感度を制限できるが、古典的資源による感度のさらなる向上には、望ましくない加熱と電子摂動を誘発できるレーザーパワーの増加か、平衡外ダイナミクスを曖昧にし、実験的スループットを劇的に低下させる測定時間の増加が必要となる。 原理実証測定はすでに、低温で発生する量子材料中のスピン励起の非摂動的キャラクタリゼーションに不可欠な、圧縮された読み出し場による量子強化スピンノイズ測定を実証している。 本稿では,今日の量子光学資源で利用可能な低温磁気光学カー効果測定のための非線形干渉計測読出手法を提案する。 10$\text{nrad}/\sqrt{\text{hz}}$の感度は、1$\mu$wの光学パワーで達成可能であり、市販の希釈冷蔵庫で現実的な$t$ = 83 mkを維持することができる。 提案した測定の量子長所は、大きな損失と小さなスクイーズパラメータの限界でも持続する。

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