論文の概要: Engineering high Pockels coefficients in thin-film strontium titanate for cryogenic quantum electro-optic applications

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.14349v2
• Date: Mon, 24 Feb 2025 10:16:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-25 13:51:10.504847
• Title: Engineering high Pockels coefficients in thin-film strontium titanate for cryogenic quantum electro-optic applications
• Title（参考訳）: 極低温量子電気光学応用のためのチタン酸ストロンチウムの工学的高ポッケルス係数
• Abstract要約: チタン酸ストロンチウムは極低温で345 pm/Vのmathrmr_eff$を生産できることを示す。 速度論を調整することでキュリー温度を上昇させ、ポッケルス係数の高い強誘電相を実現することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Materials which exhibit the Pockels effect are notable for their strong electro-optic interaction and rapid response times and are therefore used extensively in classical electro-optic components for data and telecommunication applications. Yet many materials optimized for room-temperature operation see their Pockels coefficients at cryogenic temperatures significantly reduced - a major hurdle for emerging quantum technologies which have even more rigorous demands than their classical counterpart. A noted example is $\mathrm{BaTiO_3}$, which features the strongest effective Pockels coefficient at room temperature, only to see it reduced to a third (i.e. $\mathrm{r_{eff}} \approx$ 170 pm/V) at a few Kelvin. Here, we show that this behaviour is not inherent and can even be reversed: Strontium titanate ($\mathrm{SrTiO_3}$), a material normally not featuring a Pockels coefficient, can be engineered to exhibit an $\mathrm{r_{eff}}$ of 345 pm/V at cryogenic temperatures - a record value in any thin-film electro-optic material. By adjusting the stoichiometry, we can increase the Curie temperature and realise a ferroelectric phase that yields a high Pockels coefficient, yet with limited optical losses - on the order of decibels per centimetre. Our findings position $\mathrm{SrTiO_3}$ as one of the most promising materials for cryogenic quantum photonics applications.
• Abstract（参考訳）: ポッケルス効果を示す物質は、強い電気光学相互作用と迅速な応答時間で有名であり、それゆえ、データや通信用途において古典的な電気光学成分に広く用いられている。 しかし、室温操作に最適化された多くの材料では、ポッケルス係数が低温で著しく低下している。 注目すべき例としては$\mathrm{BaTiO_3}$があり、室温では最も有効なポッケルス係数を特徴付けるが、3分の1(例えば$\mathrm{r_{eff}} \approx$ 170 pm/V)まで減少する。 Strontium titanate ($\mathrm{SrTiO_3}$)は、通常ポッケルス係数を含まない物質で、極低温で345 pm/Vの値を示すために設計することができる。 ストーチノメトリを調整することで、キュリー温度を上昇させ、高いポッケルス係数を生じる強誘電相を実現することができるが、光学的損失は限られている。 我々の研究は、低温量子フォトニクスの応用において最も有望な材料の一つとして$\mathrm{SrTiO_3}$を位置づけた。

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