論文の概要: Superradiance of Spin Defects in Silicon Carbide for Maser Applications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.00329v2
- Date: Fri, 6 May 2022 19:43:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-23 12:16:41.548763
- Title: Superradiance of Spin Defects in Silicon Carbide for Maser Applications
- Title（参考訳）: maser用炭化ケイ素中のスピン欠陥の超ラジアン
- Authors: Andreas Gottscholl, Maximilian Wagenh\"ofer, Manuel Klimmer, Selina
Scherbel, Christian Kasper, Valentin Baianov, Georgy V. Astakhov, Vladimir
Dyakonov, Andreas Sperlich
- Abstract要約: ペンタセンとダイヤモンドの光励起スピン状態に基づいて新しい世代のメーザーが発明された。
シリコン炭化物(SiC)のスピンS=3/2シリコン空孔(V$_Si$)欠陥に基づいてメーザーを舗装し,マイクロ波発生閾値を克服する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Masers as telecommunication amplifiers have been known for decades, yet their
application is strongly limited due to extreme operating conditions requiring
vacuum techniques and cryogenic temperatures. Recently, a new generation of
masers has been invented based on optically pumped spin states in pentacene and
diamond. In this study, we pave the way for masers based on spin S = 3/2
silicon vacancy (V$_{Si}$) defects in silicon carbide (SiC) to overcome the
microwave generation threshold and discuss the advantages of this highly
developed spin hosting material. To achieve population inversion, we optically
pump the V$_{Si}$ into their $m_S$ = $\pm$1/2 spin sub-states and additionally
tune the Zeeman energy splitting by applying an external magnetic field. In
this way, the prerequisites for stimulated emission by means of resonant
microwaves in the 10 GHz range are fulfilled. On the way to realising a maser,
we were able to systematically solve a series of subtasks that improved the
underlying relevant physical parameters of the SiC samples. Among others, we
investigated the pump efficiency as a function of the optical excitation
wavelength and the angle between the magnetic field and the defect symmetry
axis in order to boost the population inversion factor, a key figure of merit
for the targeted microwave oscillator. Furthermore, we developed a high-Q
sapphire microwave resonator (Q ~ 10$^4$ - 10$^5$) with which we find
superradiant stimulated microwave emission. In summary, SiC with optimized spin
defect density and thus spin relaxation rates is well on its way of becoming a
suitable maser gain material with wide-ranging applications.
- Abstract（参考訳）: 通信増幅器としてのmasersは数十年にわたって知られているが、真空技術と低温温度を必要とする極端な運転条件のため、その用途は強く制限されている。
近年,ペンタセンおよびダイヤモンドの光励起スピン状態に基づいて,新しい世代のメーザーが発明されている。
本研究では,炭化ケイ素(SiC)のスピンS=3/2シリコン空孔(V$_{Si}$)欠陥に基づくメーザーのマイクロ波発生閾値を克服し,この高度に発達したスピンホスティング材料の利点について議論する。
人口インバージョンを達成するため、V$_{Si}$を$m_S$ = $\pm$1/2スピンサブステートに光学的にポンプし、外部磁場を適用してゼーマンエネルギー分割を調整した。
このようにして10GHz帯の共振マイクロ波による励起放出の前提条件を満たす。
maserを実現する過程で、sicサンプルの基本的な物理パラメータを改善した一連のサブタスクを体系的に解決することができたのです。
本研究では,光励起波長と磁場と欠陥対称性軸の角度の関数としてポンプ効率を調査した。
さらに,高Qサファイアマイクロ波共振器 (Q ~ 10$^4$ - 10$^5$) を開発した。
要約すると、最適化されたスピン欠陥密度、したがってスピン緩和速度を持つSiCは、幅広い用途で適切なメーザーゲイン材料となることができる。
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