論文の概要: Superradiant Masing with Solid-state Spins at Room Temperature
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.01864v1
- Date: Sun, 4 Dec 2022 16:09:55 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-09 20:09:52.963842
- Title: Superradiant Masing with Solid-state Spins at Room Temperature
- Title(参考訳): 固体スピンを用いた常温超放射光加工
- Authors: Qilong Wu, Yuan Zhang, Hao Wu, Shi-Lei Su, Kai-Kai Liu, Mark Oxborrow,
Chongxin Shan, Klaus M{\o}lmer
- Abstract要約: 固体スピン-マイクロ波共振器を室温で有するマイクロ波領域では、定常超ラジアントラジングカウンタが観測できる。
我々の研究は、上述の固体スピン系と他の固体スピン系による過渡的および定常的超ラジアンマジングのさらなる探索を導くかもしれない。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 7.1441936522274245
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Steady-state superradiance and superradiant lasing attract significant
attentions in the field of optical lattice clocks, but have not been achieved
so far due to the technical challenges and atom loss problem. In this article,
we propose that their counter-part may be observed in the microwave domain with
solid-state spins-microwave resonator systems at room temperature with
realistic technical restrictions. To validate our proposal, we investigate
systematically the system dynamics and steady-state by solving quantum master
equations for the multi-level and multi-process dynamic of trillions of spins.
To this end, we employ a mean-field approach, and convert the mean-field
dynamics of the spin ensemble into the one in a more intuitive Dicke state
picture. Our calculations show that for systems with nitrogen vacancy center
spins and pentacene molecular spins the superradiant Rabi oscillations occur
firstly due to transitions among different Dicke states, and the subsequent
continuous-wave superradiant masing can achieve a linewidth well below
millihertz. Our work may guide further exploration of transient and
steady-state superradiant masing with the mentioned and other solid-state spins
systems, such as silicon vacancy centers in silicon carbide and boron vacancy
centers in hexagonal boron nitride, where the coherent radiation with
ultra-narrow linewidth may find applications in deep-space communications,
radio astronomy and high-precision metrology.
- Abstract(参考訳): 定常超放射光と超放射ラジングは光学格子時計の分野で大きな注目を集めているが、技術的課題や原子損失の問題により今のところ達成されていない。
本稿では,その対向部をマイクロ波領域で観測し,固体スピン・マイクロ波共振器を室温で動作させ,現実的な技術制約を課すことを提案する。
本提案を検証するために,数兆回のスピンのマルチレベル・マルチプロセスダイナミクスに対する量子マスター方程式を解いて,システムダイナミクスと定常状態を体系的に検討する。
この目的のために、平均場アプローチを採用し、スピンアンサンブルの平均場ダイナミクスをより直感的なディッケ状態図に変換する。
我々は, 窒素空孔中心スピンとペンタセン分子スピンを持つ系では, ディック状態の遷移によってまず超放射ラビ振動が発生し, その後の連続波超放射ラビアントメーシングはミリヘルツ以下で直線幅が得られることを示した。
我々の研究は、炭化ケイ素のシリコン空洞中心や窒化ホウ素のホウ素空洞中心のような、超狭線幅のコヒーレント放射が深宇宙通信、電波天文学、高精度メトロロジーに応用できるような、上記およびその他の固体スピン系との過渡的かつ定常的な超ラジアントマッシングのさらなる探索を導くかもしれない。
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