論文の概要: Precision Multi-Mode Microwave Spectroscopy of Paramagnetic and Rare-Earth Ion Spin Defects in Single Crystal Calcium Tungstate

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.05199v4
• Date: Tue, 22 Oct 2024 04:36:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-23 14:24:25.115401
• Title: Precision Multi-Mode Microwave Spectroscopy of Paramagnetic and Rare-Earth Ion Spin Defects in Single Crystal Calcium Tungstate
• Title（参考訳）: 単結晶タングステートにおける常磁性および希土類イオンスピン欠陥の高精度マルチモードマイクロ波分光
• Authors: Elrina Hartman, Michael E Tobar, Ben T McAllister, Jeremy Bourhill, Maxim Goryachev,
• Abstract要約: 低温におけるCaWO$_4$の低損失単結晶単結晶試料中の希薄イオンスピンアンサンブル欠陥を30$mKまで冷却した実験的検討を行った。 共振器は多数のささやかなギャラリーモードを示し、最高$Q$、最大$3times 107$、損失は$sim 3times 10-8$だった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: We present experimental observations of dilute ion spin ensemble defects in a low-loss single crystal cylindrical sample of CaWO$_4$ cooled to $30$ mK in temperature. Crystal field perturbations were elucidated by constructing a dielectrically loaded microwave cavity resonator from the crystal. The resonator exhibited numerous whispering gallery modes with high $Q$-factors of up to $3\times 10^7$, equivalent to a loss tangent of $\sim 3\times 10^{-8}$. The low loss allowed precision multi-mode spectroscopy of numerous high $Q$-factor photon-spin interactions. Measurements between 7 to 22 GHz revealed the presence of Gd$^{3+}$, Fe$^{3+}$, and another trace species, inferred to be rare-earth, at concentrations on the order of parts per billion. These findings motivate further exploration of prospective uses of this low-loss dielectric material for applications regarding precision and quantum metrology, as well as tests for beyond standard model physics.
• Abstract（参考訳）: 低温におけるCaWO$_4$の低損失単結晶単結晶試料中の希薄イオンスピンアンサンブル欠陥を30$mKまで冷却した実験的検討を行った。 誘電体を装荷したマイクロ波空洞共振器を結晶から構築することにより, 結晶場摂動を解明した。 共振器は、高いQ$-factorsの最大$3\times 10^7$、損失タンジェント$\sim 3\times 10^{-8}$の多くのささやかなギャラリーモードを展示した。 低損失は多数の高Q$-factor光子-スピン相互作用の高精度多モード分光を可能にした。 7 GHzから22 GHzで測定したところ、Gd$^{3+}$, Fe$^{3+}$, 他の痕跡種の存在が判明した。 これらの発見は、この低損失誘電体材料を、精度と量子メートル法、および標準模型物理学を超える試験に応用するためのさらなる研究を動機付けている。

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