論文の概要: Transition metal ion ensembles in crystals as solid-state coherent
spin-photon interfaces: The case of nickel in magnesium oxide
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.14827v2
- Date: Tue, 22 Aug 2023 14:46:43 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-08-23 15:08:59.913877
- Title: Transition metal ion ensembles in crystals as solid-state coherent
spin-photon interfaces: The case of nickel in magnesium oxide
- Title（参考訳）: 固体コヒーレントスピン-光子界面としての結晶中の遷移金属イオンアンサンブル:酸化マグネシウムのニッケルの場合
- Authors: E. Poem, S. Gupta, I. Morris, K. Klink, L. Singh, T. Zhong, J. N.
Becker, and O. Firstenberg
- Abstract要約: 我々は、コヒーレント電子スピン-光子界面として機能する固体系を見つけるための一般的なガイドラインを示す。
種々の結晶中の遷移金属イオンがこれらのガイドラインに準拠できることが示される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present general guidelines for finding solid-state systems that could
serve as coherent electron spin-photon interfaces even at relatively high
temperatures, where phonons are abundant but cooling is easier, and show that
transition metal ions in various crystals could comply with these guidelines.
As an illustrative example, we focus on divalent nickel ions in magnesium
oxide. We perform electron spin resonance spectroscopy and
polarization-sensitive magneto-optical fluorescence spectroscopy of a dense
ensemble of these ions and find that (i) the ground-state electron spin stays
coherent at liquid-helium temperatures for several microseconds, and (ii) there
exists energetically well-isolated excited states which can couple to two
ground state spin sub-levels via optical transitions of orthogonal
polarizations. The latter implies that fast, coherent optical control over the
electron spin is possible. We then propose schemes for optical initialization
and control of the ground-state electron spin using polarized optical pulses,
as well as two schemes for implementing a noise-free, broadband quantum-optical
memory at near-telecom wavelengths in this material system.
- Abstract（参考訳）: フォノンが豊富だが冷却が容易な比較的高温でもコヒーレントな電子スピン光子界面として機能する固体系を見つけるための一般的なガイドラインを提案し, 種々の結晶中の遷移金属イオンがこれらのガイドラインに従うことを示す。
例示として,酸化マグネシウム中の二価ニッケルイオンに着目した。
電子スピン共鳴分光法およびこれらのイオンの高密度アンサンブルの偏光感光性光蛍光分光法を実行し、それを見つける。
(i)基底状態の電子スピンは数マイクロ秒間液体ヘリウム温度でコヒーレントであり、
(II) 直交偏光の光学遷移によって2つの基底状態スピン準位に対向できるエネルギー的によく分離された励起状態が存在する。
後者は、電子スピンに対する高速でコヒーレントな光制御が可能であることを意味する。
次に、偏光パルスを用いた基底状態電子スピンの光初期化と制御のためのスキームと、この材料系における近テレコム波長の雑音のない広帯域量子光学メモリを実現するための2つのスキームを提案する。
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