論文の概要: Elucidating magnetic structure with optical dopants: erbium-doped Gd$_2$SiO$_5$

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.12603v1
• Date: Fri, 13 Mar 2026 03:10:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-16 17:38:11.868644
• Title: Elucidating magnetic structure with optical dopants: erbium-doped Gd$_2$SiO$_5$
• Title（参考訳）: 光ドーパントによる磁気構造解明:エルビウムドープGd$_2$SiO$_5$
• Authors: Luke S. Trainor, Masaya Hiraishi, J. -R. Soh, Jevon J. Longdell,
• Abstract要約: 我々は、Gd$_2$SiO$_5$の既知の磁性秩序を決定するために、Er$3+$ドーパントの光遷移を測定した。 遷移の磁場依存性を測定することで、結晶の$a*$軸からわずかに缶詰するスピンで反強磁性秩序を導いた。 この研究は、磁気構造決定の方法のベンチマークに利用できる。
• 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: The narrowness of the optical transitions of rare-earth-ion dopants makes them highly sensitive probes of their environment. We measured the optical transitions Er$^{3+}$ dopants to determine the previously unknown magnetic ordering of Gd$_{2}$SiO$_{5}$ -- a promising host for quantum applications of rare-earth dopants. By measuring the transitions' magnetic-field dependence we determined an antiferromagnetic ordering with spins oriented along or slightly canted from the crystal's $a^*$ axis. The optical transitions are narrower than the coupling to gadolinium spins revealing information about the coupling strengths. We further optically measured a Néel temperature of $1.86\pm0.01_\mathrm{stat.}\pm0.07_\mathrm{syst.}$ K, and assembled a phase diagram in applied field and temperature showcasing a triple point where two gadolinium sites order semi-independently from each other. At high applied field the erbium dopants show long optical coherence times up to 0.4 ms at 3 T; at low fields these are probably limited by three low-frequency magnon modes below 10 GHz, observed directly. This study can be used to benchmark a method of magnetic structure determination.
• Abstract（参考訳）: 希土類イオンドーパントの光学遷移の狭さは、それらの環境を非常に敏感に調査する。 我々は、Gd$_{2}$SiO$_{5}$の既知の磁性秩序を決定するために、Er$^{3+}$ドーパントの光遷移を測定した。 遷移の磁場依存性を測定することで、結晶の$a^*$軸から、あるいはわずかに缶詰するスピンを配向した反強磁性秩序を決定した。 光学遷移は、結合強度に関する情報を明らかにするガドリニウムスピンとの結合よりも狭い。 さらに光学的に1.86\pm0.01_\mathrm{stat。 は、0.07_\mathrm{syst。 2つのガドリニウムサイトが互いに半独立に秩序づけられた3点を示す。 高磁場では、エルビウムドーパントは3 Tで0.4msまでの長い光コヒーレンス時間を示すが、低磁場では、直接観察される10GHz以下の3つの低周波マグノンモードによって制限される。 この研究は、磁気構造決定の方法のベンチマークに利用できる。

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