論文の概要: Purcell enhanced optical refrigeration
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.19142v1
- Date: Mon, 29 Apr 2024 23:00:27 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-01 15:53:21.684330
- Title: Purcell enhanced optical refrigeration
- Title（参考訳）: パーセル強化光冷凍
- Authors: Peng Ju, Stefan Püschel, Kunhong Shen, Yuanbin Jin, Hiroki Tanaka, Tongcang Li,
- Abstract要約: 87Kの最低温度は、光学冷却を用いた希土類イオンドープ結晶で実証されている。
本稿では,この制限を回避するためにPurcell拡張光冷凍法を提案する。
提案手法は、他の希土類イオンドープ材料や半導体に適用でき、固体冷却による超伝導や他の量子デバイスの製造にも応用できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9401004127785267
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Optical refrigeration of solids with anti-Stokes fluorescence has been widely explored as a vibration-free cryogenic cooling technology. A minimum temperature of 87 K has been demonstrated with rare-earth ion doped crystals using optical refrigeration. However, the depletion of the upper-lying energy levels in the ground state manifold hinders further cooling to below liquid nitrogen (LN$_2$) temperatures, confining its applications. In this work, we introduce a Purcell enhanced optical refrigeration method to circumvent this limitation. This approach enhances the emission of high energy photons by coupling to a nearby nanocavity, blue shifting the mean emission wavelength. Such Purcell enhanced emission facilitates cooling starting from a lower energy level in the ground state manifold, which exhibits a higher occupation below LN$_2$ temperatures. Using our experimentally measured optical coefficients, our theoretical analysis predicts a minimum achievable temperature of 38 K for a Yb$^{3+}$:YLiF$_{4}$ nanocrystal near a cavity under realistic conditions. The proposed method is applicable to other rare-earth ion doped materials and semiconductors, and will have applications in creating superconducting and other quantum devices with solid-state cooling.
- Abstract（参考訳）: 反ストークス蛍光による固体の光冷却は、無振動低温冷却技術として広く研究されている。
87Kの最低温度は、光学冷却を用いた希土類イオンドープ結晶で実証されている。
しかし、基底状態多様体における上層エネルギー準位の減少は、液体窒素 (LN$_2$) 以下の温度まで冷却を妨げ、その応用を固める。
本稿では,この制限を回避するためにPurcell拡張光冷凍法を提案する。
このアプローチは、近くのナノキャビティに結合し、平均発光波長をブルーシフトすることで、高エネルギー光子の放出を促進する。
このようなパーセル増強放出は、LN$_2$温度以下で高い占有力を示す基底状態多様体の低いエネルギーレベルから始める冷却を促進する。
実験で測定した光学係数を用いて,Yb$^{3+}$:YLiF$_{4}$ナノ結晶を現実的な条件下での達成可能な最小温度38Kを予測した。
提案手法は、他の希土類イオンドープ材料や半導体に適用でき、固体冷却による超伝導や他の量子デバイスの製造にも応用できる。
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