論文の概要: Strong Purcell enhancement of an optical magnetic dipole transition
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.03022v1
- Date: Thu, 6 Jul 2023 14:37:58 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-07 13:46:26.210027
- Title: Strong Purcell enhancement of an optical magnetic dipole transition
- Title（参考訳）: 光磁気双極子転移の強いパーセル増強
- Authors: Sebastian P. Horvath, Christopher M. Phenicie, Salim Ourari, Mehmet T.
Uysal, Songtao Chen, {\L}ukasz Dusanowski, Mouktik Raha, Paul Stevenson, Adam
T. Turflinger, Robert J. Cava, Nathalie P. de Leon, and Jeff D. Thompson
- Abstract要約: ナノフォトニック構造を持つ状態の局所密度の工学は、パーセル効果を介して光-物質相互作用を制御する強力なツールである。
ナノフォトニックキャビティに結合した1つの希土類イオンを用いた光磁気パーセル効果を実験的に実証した。
この研究は、状態工学の電気的および磁気的密度の基本的な等価性を実証し、より広いクラスのエミッタに対する光-物質相互作用を制御するための新しいツールを提供する。
- 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: Engineering the local density of states with nanophotonic structures is a
powerful tool to control light-matter interactions via the Purcell effect. At
optical frequencies, control over the electric field density of states is
typically used to couple to and manipulate electric dipole transitions.
However, it is also possible to engineer the magnetic density of states to
control magnetic dipole transitions. In this work, we experimentally
demonstrate the optical magnetic Purcell effect using a single rare earth ion
coupled to a nanophotonic cavity. We engineer a new single photon emitter,
Er$^{3+}$ in MgO, where the electric dipole decay rate is strongly suppressed
by the cubic site symmetry, giving rise to a nearly pure magnetic dipole
optical transition. This allows the unambiguous determination of a magnetic
Purcell factor $P_m=1040 \pm 30$. We further extend this technique to realize a
magnetic dipole spin-photon interface, performing optical spin initialization
and readout of a single Er$^{3+}$ electron spin. This work demonstrates the
fundamental equivalence of electric and magnetic density of states engineering,
and provides a new tool for controlling light-matter interactions for a broader
class of emitters.
- Abstract（参考訳）: ナノフォトニック構造を持つ状態の局所密度は、パーセル効果を介して光-物質相互作用を制御する強力なツールである。
光周波数では、状態の電界密度の制御は通常、電気双極子遷移を結合して操作するために使用される。
しかし、磁気双極子遷移を制御するために状態の磁気密度を設計することもできる。
本研究では, ナノフォトニックキャビティに結合した単一の希土類イオンを用いた光磁気パーセル効果を実験的に実証した。
我々は、MgOに新しい単一光子エミッタEr$^{3+}$を設計し、電気双極子崩壊速度は立方体サイト対称性によって強く抑制され、ほぼ純粋な磁気双極子光遷移をもたらす。
これにより、磁気パーセル因子 $p_m=1040 \pm 30$ の曖昧な決定が可能になる。
さらに、この技術を拡張して磁気双極子スピン-光子界面を実現し、単一er$^{3+}$電子スピンの光スピン初期化と読み出しを行う。
この研究は、状態工学の電気的および磁気的密度の基本的な等価性を実証し、より広いクラスのエミッタに対する光-物質相互作用を制御するための新しいツールを提供する。
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