論文の概要: Microscopic model of spin flip-flop processes in rare-earth-ion-doped
crystals
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.01371v1
- Date: Tue, 3 May 2022 08:41:49 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-14 12:00:01.392856
- Title: Microscopic model of spin flip-flop processes in rare-earth-ion-doped
crystals
- Title（参考訳）: 希土類イオンドープ結晶におけるスピンフリップフロップ過程の微視的モデル
- Authors: Hafsa Syed, Adam Kinos, Chunyan Shi, Lars Rippe, Stefan Kr\"oll
- Abstract要約: ドパントイオンの個々の核スピン間のフリップフロップ相互作用の顕微鏡モデルを提案する。
それぞれのイオンは独自のフリップフロップ速度を持ち、バルク結晶中の全てのイオンの集合緩和ダイナミクスは多くの指数的崩壊の和である。
また, ホールバーニングスペクトルから個々の遷移率を測定するための新しい手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Flip-flop processes due to magnetic dipole-dipole interaction between
neighbouring ions in rare-earth-ion-doped crystals is one of the mechanisms of
relaxation between hyperfine levels. Modeling of this mechanism has so far been
macroscopic, characterized by an average rate describing the relaxation of all
ions. Here however, we present a microscopic model of flip-flop interactions
between individual nuclear spins of dopant ions. Every ion is situated in a
unique local environment in the crystal, where each ion has different distances
and a unique orientation relative to its nearest neighbors, as determined by
the lattice structure. Thus, each ion has a unique flip-flop rate and the
collective relaxation dynamics of all ions in a bulk crystal is a sum of many
exponential decays, giving rise to a distribution of rates rather than a single
average decay rate. We employ this model to calculate flip-flop rates in
Pr$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$ and show experimental measurements of population decay
of the ground state hyperfine levels at $\sim$2 K. We also present a new method
to measure rates of individual transitions from hole burning spectra that
requires significantly fewer fitting parameters in theoretical rate equations
compared to earlier work. Furthermore, we measure the effect of external
magnetic field on the flip-flop rates and observe that the rates slow down by
two orders of magnitude in a field of 5 - 10 mT.
- Abstract（参考訳）: 希土類イオンドープ結晶中の近傍イオン間の磁気双極子-双極子相互作用によるフリップフロップ過程は、超微細構造間の緩和のメカニズムの1つである。
この機構のモデリングは、これまでのところ、すべてのイオンの緩和を記述する平均速度が特徴である。
ここでは、ドーパントイオンの個々の核スピン間のフリップフロップ相互作用の微視的モデルを示す。
それぞれのイオンは結晶内の一意な局所環境にあり、格子構造によって決定されるように、それぞれのイオンは近接する近傍に対して異なる距離と一意な向きを持つ。
したがって、各イオンは独自のフリップフロップ速度を持ち、バルク結晶中の全てのイオンの集合緩和ダイナミクスは多くの指数崩壊の和であり、単一の平均崩壊速度ではなく速度の分布を引き起こす。
我々はこのモデルを用いて, Pr$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$のフリップフロップ率を計算し, 地中超微粒子の集団崩壊を$\sim$2Kで実験的に測定した。
さらに, 磁場がフリップフロップ速度に及ぼす影響を測定し, 5～10mTの磁場で2桁の速度で速度が低下するのを観察した。
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