論文の概要: Self-Induced Superradiant Masing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.08537v2
• Date: Wed, 06 Aug 2025 14:07:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-07 20:09:22.235736
• Title: Self-Induced Superradiant Masing
• Title（参考訳）: 自己誘起超ラジカルメーシング
• Authors: Wenzel Kersten, Nikolaus de Zordo, Oliver Diekmann, Elena S. Redchenko, Andrew N. Kanagin, Andreas Angerer, William J. Munro, Kae Nemoto, Igor E. Mazets, Stefan Rotter, Thomas Pohl, Jörg Schmiedmayer,
• Abstract要約: 超伝導マイクロ波空洞に結合したダイヤモンド中における窒素空孔中心スピンのハイブリッド系における超ラジカルダイナミクスの駆動機構として,スピン-スピン相互作用の直接的役割を明らかにする。 この驚くべき挙動は、スピンインバージョンが共振器と共振するスピンの超放射窓に再分配されるスペクトル穴埋めによって生じる。 これらの発見は、高密度乱れ系の複雑なスピン-スピン相互作用を探索するための新しい経路を開拓し、マイクロ波駆動のスピン制御によって純粋に駆動される超狭線幅固体超ラジアントメーザーの可能性を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.05312470855079861
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: In cavity quantum electrodynamics (cQED) and particularly superradiance, emitters are typically assumed to be independent, interacting only through light shared via a common mode. While such photon-mediated interactions lead to a rich spectrum of collective optical effects, direct dipole-dipole interactions within the emitter ensemble are generally viewed as a source of decoherence. Here, we uncover a new role for direct spin-spin interactions as a drive for the superradiant dynamics of a hybrid system of nitrogen-vacancy center spins in diamond coupled to a superconducting microwave cavity. After an initial fast superradiant burst, we observe an unexpected train of subsequent emission pulses followed by quasi-continuous masing for up to one millisecond. We show that this surprising behavior arises from spectral hole refilling, where spin inversion is redistributed into the superradiant window of spins resonant with the cavity. We report measurements that clearly exclude other cQED-related effects, and performed microscopic simulations of up to one million spins, which demonstrate that the observed self-induced masing is indeed driven by dipole-dipole interactions between the spins. These findings open new pathways for exploring complex spin-spin interactions in dense disordered systems and offer possibilities for ultra-narrow linewidth solid-state superradiant masers powered purely by microwave-driven spin control.
• Abstract（参考訳）: キャビティ量子力学(cQED)、特に超放射能では、エミッタは独立であり、共通のモードで共有される光を通してのみ相互作用すると考えられている。 このような光子を介する相互作用は、集合光学効果の豊富なスペクトルにつながるが、エミッターアンサンブル内の直接双極子-双極子相互作用は一般にデコヒーレンスの源と見なされる。 ここでは,超伝導マイクロ波空洞に結合したダイヤモンド中の窒素空孔中心スピンのハイブリッド系における超ラジカルダイナミクスの駆動として,スピンスピン相互作用の直接的役割を明らかにする。 初期の高速超放射能バーストの後, 約1ミリ秒間, 準連続メーシングを伴い, パルスパルスの予期せぬ列車を観測した。 この驚くべき挙動は、スピンインバージョンが共振器と共振するスピンの超放射窓に再分配されるスペクトル穴埋めによって生じる。 我々は、他のcQED関連効果を明らかに排除する測定を報告し、最大100万個のスピンの顕微鏡シミュレーションを行い、観察された自己誘起メイシングが実際にスピン間の双極子-双極子相互作用によって駆動されることを示す。 これらの発見は、高密度乱れ系の複雑なスピン-スピン相互作用を探索するための新しい経路を開拓し、マイクロ波駆動のスピン制御によって純粋に駆動される超狭線幅固体超ラジアントメーザーの可能性を提供する。

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