論文の概要: Quantum Coherence of Rare-Earth Ions in Heterogeneous Photonic Interfaces
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.19668v1
- Date: Mon, 24 Nov 2025 20:07:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-26 17:37:04.145925
- Title: Quantum Coherence of Rare-Earth Ions in Heterogeneous Photonic Interfaces
- Title（参考訳）: 不均一フォトニック界面における希土類イオンの量子コヒーレンス
- Authors: Henry C. Hammer, Hassan A. Bukhari, Yogendra Limdu, Brett M. Wasick, Christopher Rouleau, Michael E. Flatté, Durga Paudyal, Denis R. Candido, Ravitej Uppu,
- Abstract要約: 発光励起分光法により、III-V/オキシド界面からの距離が増加するEr$3+$イオンが、系統的なブルーシフトをもたらすことが明らかになった。
補償された赤方偏移と線幅狭めは、酸素空孔とガリウム拡散ノイズの役割を分離する。
- 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: Harnessing rare-earth ions in oxides for quantum networks requires integration with bright emitters in III-V semiconductors, but local disorder and interfacial noise limit their optical coherence. Here, we investigate the microscopic origins of the ensemble spectrum in Er$^{3+}$:TiO$_2$ epitaxial thin films on GaAs and GaSb substrates. Ab initio calculations combined with noise-Hamiltonian modeling and Monte Carlo simulations quantify the effects of interfacial and bulk spin noise and local strain on erbium crystal-field energies and inhomogeneous linewidths. Photoluminescence excitation spectroscopy reveals that Er$^{3+}$ ions positioned at increasing distances from the III-V/oxide interface produce a systematic blue shift of the $Y_1\rightarrow Z_1$ transition, consistent with strain relaxation predicted by theory. Thermal annealing produces a compensating redshift and linewidth narrowing, isolating the roles of oxygen-vacancy and gallium-diffusion noise. These results provide microscopic insight into disorder-driven decoherence, offering pathways for precise control of hybrid quantum systems for scalable quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 量子ネットワーク用酸化物中の希土類イオンのハーネス化は、III-V半導体中の明るいエミッタとの統合を必要とするが、局所障害と界面ノイズは光コヒーレンスを制限する。
本稿では、GaAsおよびGaSb基板上のEr$^{3+}$:TiO$_2$エピタキシャル薄膜におけるアンサンブルスペクトルの微視的起源について検討する。
Ab initio計算とノイズ・ハミルトニアン・モデリングとモンテカルロ・シミュレーションを組み合わせることで、エルビウム結晶場エネルギーと不均一線幅に対する界面およびバルクスピンノイズと局所ひずみの影響を定量化する。
発光励起分光法により、III-V/酸化物界面からの距離が増加するEr$^{3+}$イオンが、理論によって予測されるひずみ緩和と一致して、Y_1\rightarrow Z_1$遷移の系統的な青色シフトを生じることが明らかになった。
熱アニールは、酸素空孔とガリウム拡散ノイズの役割を分離し、補償する赤方偏移と直線幅の狭めを生じる。
これらの結果は、障害駆動型デコヒーレンスに関する顕微鏡的な洞察を与え、スケーラブルな量子技術のためのハイブリッド量子システムの正確な制御のための経路を提供する。
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