論文の概要: All-microwave readout, spectroscopy, and dynamic polarization of individual nuclear spins in a crystal
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.14282v1
- Date: Mon, 26 Aug 2024 14:03:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-27 13:51:27.156213
- Title: All-microwave readout, spectroscopy, and dynamic polarization of individual nuclear spins in a crystal
- Title（参考訳）: 結晶中の個々の核スピンの全マイクロ波読み出し、分光、動的偏光
- Authors: J. Travesedo, J. O'Sullivan, L. Pallegoix, Z. W. Huang, P. Hogan, P. Goldner, T. Chaneliere, S. Bertaina, D. Esteve, P. Abgrall, D. Vion, E. Flurin, P. Bertet,
- Abstract要約: 隣り合う$mathrmEr3+$イオンとの超微細相互作用によるCaWO$_4$結晶中の183mathrmW$核スピンの測定を報告する。
核スピン状態のリアルタイム量子ジャンプは、個々の性質の証明である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Pushing the sensitivity of nuclear magnetic resonance spectroscopy to the single spin level would have a major impact in chemistry and biology and is the goal of intense research efforts. Individual nuclear spins have been detected via their hyperfine coupling to an individual electronic paramagnetic system, itself measured by optical or electrical means. These methods are however only applicable when suitable optical transitions or electron-spin-to-charge conversion mechanisms exist, and a more universal method is currently lacking. Here, we report spectroscopic measurements of individual $^{183}\mathrm{W}$ nuclear spins in a CaWO$_4$ crystal via their hyperfine interaction with a neighboring $\mathrm{Er}^{3+}$ ion detected by microwave photon counting at millikelvin temperatures. We observe real-time quantum jumps of the nuclear spin state, a proof of their individual nature. We perform single-spin ELDOR-detected NMR spectroscopy by microwave driving the zero- and double-quantum transitions of the $^{183}$W--Er$^{3+}$ coupled system. By repeated driving of these transitions, we also achieve single-spin solid-effect dynamical nuclear polarization. Relying exclusively on microwave driving and microwave detection, the methods reported here apply in principle to any nuclear spin coupled to a paramagnetic impurity, and therefore open the way to single-nuclear-spin spectroscopy in a large class of samples.
- Abstract（参考訳）: 核磁気共鳴分光の感度を単一のスピンレベルに押し上げることは、化学と生物学に大きな影響を与え、強力な研究努力の目標である。
個々の核スピンは、個々の電子常磁性系への超微細結合によって検出され、それ自体は光学的または電気的手段によって測定されている。
しかしながら、これらの方法は適切な光遷移や電子-スピン-電荷変換機構が存在する場合にのみ適用でき、現在ではより普遍的な方法が欠落している。
ここでは、近隣の$\mathrm{Er}^{3+}$イオンがミリケルビン温度でマイクロ波光子計によって検出される超微細相互作用により、CaWO$_4$結晶中の個々の$^{183}\mathrm{W}$核スピンの分光計測を行った。
核スピン状態のリアルタイム量子ジャンプは、個々の性質の証明である。
我々は、$^{183}$W--Er$^{3+}$結合系のゼロ量子遷移と2量子遷移をマイクロ波駆動することで、単一スピンELDOR検出NMR分光を行う。
これらの遷移を繰り返すことによって、単スピン固体効果の動的核分極も達成できる。
マイクロ波駆動とマイクロ波検出にのみ焦点をあてて、ここで報告された方法は原則として、常磁性不純物に結合されたあらゆる核スピンに適用される。
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