Fugu-MT 論文翻訳(概要): Contributions to the optical linewidth of shallow donor-bound excitonic transition in ZnO

論文の概要: Contributions to the optical linewidth of shallow donor-bound excitonic transition in ZnO

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.12566v2
Date: Thu, 18 Jan 2024 04:19:18 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2024-01-19 20:20:24.826770
Title: Contributions to the optical linewidth of shallow donor-bound excitonic transition in ZnO
Title（参考訳）: ZnOの浅ドナー結合励起転移の光学線幅への寄与
Authors: Vasileios Niaouris, Samuel H. D'Ambrosia, Christian Zimmermann, Xingyi Wang, Ethan R. Hansen, Michael Titze, Edward S. Bielejec, Kai-Mei C. Fu
Abstract要約: 酸化亜鉛(ZnO)中の中性浅いドナーは、ドナーバウンドエキシトンを介して光学的アクセスを持つスピン量子ビットである。単結晶中のAl, Ga, Inのドナー結合光線幅特性について検討した。
参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5737716951558811
License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
Abstract: Neutral shallow donors in zinc oxide (ZnO) are spin qubits with optical access via the donor-bound exciton. This spin-photon interface enables applications in quantum networking, memories and transduction. Essential optical parameters which impact the spin-photon interface include radiative lifetime, optical inhomogeneous and homogeneous linewidth and optical depth. We study the donor-bound exciton optical linewidth properties of Al, Ga, and In donors in single-crystal ZnO. The ensemble photoluminescence linewidth ranges from 4-11 GHz, less than two orders of magnitude larger than the expected lifetime-limited linewidth. The ensemble linewidth remains narrow in absorption through samples with an estimated optical depth up to several hundred. The primary thermal relaxation mechanism is identified and found to have a negligible contribution to the total linewidth at 2 K. We find that inhomogeneous broadening due to the disordered isotopic environment in natural ZnO is significant, contributing 2 GHz. Two-laser spectral hole burning measurements, indicate the dominant mechanism, however, is homogeneous. Despite this broadening, the high homogeneity, large optical depth and potential for isotope purification indicate that the optical properties of the ZnO donor-bound exciton are promising for a wide range of quantum technologies and motivate a need to improve the isotope and chemical purity of ZnO for quantum technologies.
Abstract（参考訳）: 酸化亜鉛(zno)中性浅層ドナーは、ドナー結合励起子を介して光学的にアクセスするスピン量子ビットである。このスピン光子インターフェイスは、量子ネットワーク、メモリおよび変換のアプリケーションを可能にする。スピン-光子界面に影響を及ぼす重要な光学パラメータには、放射寿命、光の不均質および均一な線幅、光深度がある。単結晶ZnOにおけるAl,Ga,Inのドナー結合光線幅特性について検討した。アンサンブルのフォトルミネッセンス線幅は4-11GHzで、予想される寿命制限線幅よりも2桁以下である。アンサンブルの線幅は、光深度が数百と推定される試料を通して吸収され、狭いままである。一次熱緩和機構を同定し,全線幅に対して2kで無視可能な寄与を見出し,自然znoにおける不均質な等方性環境による不均一な広化が2ghzに寄与することを明らかにした。しかし、2レーザーのスペクトルホール燃焼測定は、支配的なメカニズムを示している。この拡張にもかかわらず、高い均一性、大きな光学深度、同位体精製の可能性は、ZnOドナーバウンドエキシトンの光学的性質が幅広い量子技術に期待でき、量子技術に対するZnOの同位体および化学的純度を改善する必要性を動機付けていることを示している。

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