論文の概要: Cavity Quantum Electrodynamics Effects of Optically Cooled
Nitrogen-Vacancy Centers Coupled to a High Frequency Microwave Resonator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.04102v1
- Date: Tue, 8 Mar 2022 14:10:56 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-22 20:04:58.375906
- Title: Cavity Quantum Electrodynamics Effects of Optically Cooled
Nitrogen-Vacancy Centers Coupled to a High Frequency Microwave Resonator
- Title（参考訳）: 高周波マイクロ波共振器に結合した光冷却窒素空洞のキャビティ量子力学効果
- Authors: Yuan Zhang, Qilong Wu, Hao Wu, Xun Yang, Shi-Lei Su, Chongxin Shan,
Klaus M{\o}lmer
- Abstract要約: 冷却窒素空孔(NV)スピンは、室温での空洞量子電磁力学効果(C-QED)を実現するために用いられる。
近年のダイヤモンドメーザー実験で用いられる装置を改良し,マイクロ波モード冷却と室温CQED効果を実現した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.55760561352593
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Recent experiments demonstrated the cooling of a microwave mode of a
high-quality dielectric resonator coupled to optically cooled nitrogen-vacancy
(NV) spins in diamond. Our recent theoretical study [arXiv:2110.10950] pointed
out the cooled NV spins can be used to realize cavity quantum electrodynamics
effects (C-QED) at room temperature. In this article, we propose to modify the
setup used in a recent diamond maser experiment [Nature 55, 493-496 (2018)],
which features a higher spin transition frequency, a lower spin-dephasing rate
and a stronger NV spins-resonator coupling, to realize better microwave mode
cooling and the room-temperature CQED effects. To describe more precisely the
optical spin cooling and the collective spin-resonator coupling, we extend the
standard Jaynes-Cumming model to account for the rich electronic and spin
levels of the NV centers. Our calculations show that for the proposed setup it
is possible to cool the microwave mode from $293$ K (room temperature) to $116$
K, which is about $72$ K lower than the previous records, and to study the
intriguing dynamics of the CQED effects under the weak-to-strong coupling
transition by varying the laser power. With simple modifications, our model can
be applied to, e.g., other solid-state spins or triplet spins of pentacene
molecules, and to investigate other effects, such as the operations of pulsed
and continuous-wave masing.
- Abstract（参考訳）: 最近の実験では、ダイヤモンドの光冷却窒素空洞(NV)スピンに結合した高品質誘電体共振器のマイクロ波モードの冷却が実証された。
最近の理論的研究によると、冷却されたNVスピンは室温での空洞量子力学的効果(C-QED)を実現するために使用できる。
本稿では,高スピン遷移周波数,低スピン脱落速度,高NVスピンス共振器結合を特徴とする最近のダイヤモンドメーザ実験 [Nature 55, 493-496 (2018)] において,マイクロ波モード冷却と室温CQED効果の向上を実現するために用いられるセットアップを変更することを提案する。
光スピン冷却と集合スピン共振器結合をより正確に記述するために、NV中心の電子レベルとスピンレベルを考慮に入れた標準のJaynes-Cummingモデルを拡張した。
提案手法では,マイクロ波モードを293ドルK(室温)から16ドルK(前記録より約72ドルK低い)に冷却し,レーザパワーを変化させることにより,CQED効果の弱い結合遷移下での興味深いダイナミクスについて検討することができる。
簡単な修正で、我々のモデルは、例えばペンタセン分子の他の固体スピンや三重項スピンに適用でき、パルスメイシングや連続波メーシングなどの他の効果を調べることができる。
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