論文の概要: Exploration of optimal hyperfine transitions for spin-wave storage in $^{167}$Er$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.10126v1
• Date: Fri, 13 Dec 2024 13:13:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-16 15:02:23.562849
• Title: Exploration of optimal hyperfine transitions for spin-wave storage in $^{167}$Er$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$
• Title（参考訳）: Er$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$におけるスピン波記憶の最適超微細遷移の探索
• Authors: K. Matsuura, S. Yasui, R. Kaji, H. Sasakura, T. Tawara, S. Adachi,
• Abstract要約: 磁場下では、特定のZEFOZ点における最長のTrm hyp$は、サイト1(サイト2)に対して150 s (90 s)を超えると予測される。 この実験は、ZEFOZ点の位置におけるこの傾向を好んでいる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The dependence of the magnetic fluctuations and the spin coherence time $T_2^{\rm hyp}$ of the lowest Stark states $^4I_{15/2}\ (Z_1)$ in $^{167}$Er$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$ under zero magnetic field on Er concentration is numerically investigated in the range of 10 to 10$^6$ parts per million (ppm). The magnetic fluctuations surrounding the target Er electron generated by the dipole-dipole interaction due to two components, Y ions in host crystal and doped Er ions, are calculated by Monte-Carlo method. The former magnetic fluctuation is constant, while the latter depends on Er concentration. Due to these two components, the Er-concentration dependence of $T_2^{\rm hyp}$ at the zero first-order Zeeman (ZEFOZ) points saturates for crystals with Er concentration below 10 ppm and no extension of the $T_2^{\rm hyp}$ is expected without an external magnetic field. Under a magnetic field, the longest $T_2^{\rm hyp}$ at a particular ZEFOZ point is expected to be over 150 s (90 s) for site 1 (site 2), which is $\sim 10^5$ times longer than that at zero field for 10-ppm $^{167}$Er$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$. Interestingly, the ZEFOZ points under a magnetic field appear almost along the one direction for site 1 and almost in one plane for site 2 in optical frame $(D_1, D_2, b)$. The experiment favors this trend in the position of the ZEFOZ points which can be explained on the basis of the anisotropy of the effective spin Hamiltonian parameters. Finally, the tolerance of the ZEFOZ point at each site with the longest $T_2^{\rm hyp}$ against the errors in the applied magnetic field vector is evaluated numerically.
• Abstract（参考訳）: 最も低いスターク状態の磁気揺らぎとスピンコヒーレンス時間$T_2^{\rm hyp}$は$4I_{15/2}\ (Z_1)$ in $^{167}$Er$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$である。 ホスト結晶中のYイオンとErイオンの2成分による双極子-双極子相互作用によって生じるターゲットEr電子を取り巻く磁気揺らぎをモンテカルロ法により計算した。 前者の磁気ゆらぎは一定であり、後者はEr濃度に依存する。 これら2つの成分により、Er濃度が10 ppm未満の結晶に対して、ゼロ1次ゼーマン点(ZEFOZ)における$T_2^{\rm hyp}$のEr濃度依存性は飽和し、外部磁場なしでは$T_2^{\rm hyp}$の拡張は期待できない。 磁場下では、特定のZEFOZ点での最長の$T_2^{\rm hyp}$は、サイト 1 (サイト2) に対して 150 s (90 s) を超えると予測され、これは10-ppm$^{167}$Er$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$ でゼロのときの$\sim 10^5$ よりも長い。 興味深いことに、磁場下のZEFOZポイントは、サイト1の1方向と、光学フレーム$(D_1,D_2,b)$におけるサイト2のほぼ1平面に沿って現れる。 この実験は、実効スピンハミルトンパラメータの異方性に基づいて説明できるZEFOZ点の位置におけるこの傾向を好んでいる。 最後に、印加磁場ベクトルの誤差に対して最も長いT_2^{\rm hyp}$を持つ各部位のZEFOZ点の耐性を数値的に評価する。

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