論文の概要: Strong coupling of a Gd$^{3+}$ multilevel spin system to an on-chip
superconducting resonator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.05053v2
- Date: Thu, 3 Nov 2022 01:25:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-23 00:49:35.982270
- Title: Strong coupling of a Gd$^{3+}$ multilevel spin system to an on-chip
superconducting resonator
- Title（参考訳）: Gd$^{3+}$マルチレベルスピン系のオンチップ超伝導共振器への強結合
- Authors: Giovanni Franco-Rivera, Josiah Cochran, Seiji Miyashita, Sylvain
Bertaina and Irinel Chiorescu
- Abstract要約: シェライト(CaWO$_4$)単結晶にホストされたGd$3+$スピンアンサンブル間の強い結合の実現を報告した。
この相互作用は多層スピン系のディックモデルと結晶場ハミルトニアンによってよく説明されている。
- 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: We report the realization of a strong coupling between a Gd$^{3+}$ spin
ensemble hosted in a scheelite (CaWO$_4$) single crystal and the resonant mode
of a coplanar stripline superconducting cavity leading to a large separation of
spin-photon states of 146 MHz. The interaction is well described by the Dicke
model and the crystal-field Hamiltonian of the multilevel spin system. We
observe a change of the crystal-field parameters due to the presence of photons
in the cavity that generates a significant perturbation of the crystal ground
state. Using finite-element calculations, we numerically estimate the cavity
sensing volume as well as the average spin-photon coupling strength of
$g_0\approx$ 620 Hz. Lastly, the dynamics of the spin-cavity states are
explored via pulsed measurements by recording the cavity ring-down signal as a
function of pulse length and amplitude. The results indicate a potential method
to initialize this multilevel system in its ground state via an active cooling
process.
- Abstract（参考訳）: シェライト(CaWO$_4$)単結晶にホストされたGd$^{3+}=スピンアンサンブルと,コプラナーストリップライン超伝導キャビティの共振モードとの強い結合を報告し,スピン光子状態が146MHzに大きく分離されたことを報告する。
この相互作用は多層スピン系のディックモデルと結晶場ハミルトニアンによってよく説明されている。
結晶基底状態のかなりの摂動を生じるキャビティに光子が存在することによる結晶場パラメータの変化を観察する。
有限要素計算を用いて空洞感知量と平均スピン-光子結合強度を$g_0\approx$620 Hzで数値的に推定する。
最後に、共振器リングダウン信号をパルス長と振幅の関数として記録することにより、スピンキャビティ状態のダイナミクスをパルス測定により探索する。
その結果, 活性冷却法により, この多層系を基底状態に初期化する可能性を示した。
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