論文の概要: A material-agnostic platform to probe spin-phonon interactions using high-overtone bulk acoustic wave resonators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.24230v1
• Date: Wed, 25 Mar 2026 12:02:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-26 21:06:11.279092
• Title: A material-agnostic platform to probe spin-phonon interactions using high-overtone bulk acoustic wave resonators
• Title（参考訳）: 高オーバトンバルク波共振器を用いたスピン-フォノン相互作用を探索する材料非依存プラットフォーム
• Authors: Q. Greffe, A. Hugot, S. Zhang, J. Jarreau, L. Del-Rey, E. Bonet, F. Balestro, T. Chanelière, J. J. Viennot,
• Abstract要約: ミリケルビン温度とギガヘルツ周波数でスピンフォノンカップリングを探索する手法を提案する。 希薄スピンアンサンブルのL周波数をHBARモードとの共鳴に調整することにより、スピン-フォノン相互作用の異方性と強度を抽出する。 本手法はカルシウムタングステート (CaWO4) とイットリウムオルソシリケート (Y2SiO5) で実証し, エルビウムドーパントアンサンブルでは0.5の協調性を示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Spin-phonon interactions have a dual role in emerging spin-based quantum technologies. While they can be a limitation to device performance through decoherence, they also serve as a critical resource for coherent spin control, detection, and the realization of spin-based quantum networks. However, their direct characterization remains a challenge and is usually material-dependent. Here, we introduce a technique to probe spin-phonon coupling at millikelvin temperatures and gigahertz frequencies, using high-overtone bulk acoustic wave resonators (HBARs) integrated with arbitrary crystals via visco-elastic transfer of thin-film lithium niobate transducers. By tuning the Larmor frequency of dilute spin ensembles into resonance with HBAR modes, we extract the anisotropy and strength of spin-phonon interactions from acoustic dispersion and dissipation measurements. We demonstrate this approach in calcium tungstate (CaWO4) and yttrium orthosilicate (Y2SiO5), achieving cooperativities up to 0.5 for erbium dopant ensembles. Our method enables the study of spin-phonon interactions in complex crystalline materials, with minimal fabrication constraints. These results will facilitate the design of hybrid quantum systems and the quest for ion-matrix combination with enhanced spin-phonon coupling.
• Abstract（参考訳）: スピンフォノン相互作用はスピンベースの量子技術において二重の役割を持つ。 これらはデコヒーレンスによるデバイス性能の制限となるが、コヒーレントなスピン制御、検出、スピンベースの量子ネットワークの実現のための重要なリソースとしても機能する。 しかしながら、それらの直接的な特徴付けは依然として挑戦であり、通常は物質に依存している。 本稿では, ミリケルビン温度およびギガヘルツ周波数におけるスピンフォノンカップリングを, 薄膜ニオブ酸リチウムトランスデューサの粘弾性移動により任意の結晶と一体化した高オーバートンバルク音響共振器 (HBAR) を用いて探索する手法を提案する。 希薄スピンアンサンブルのラーモア周波数をHBARモードとの共鳴に調整することにより, スピン-フォノン相互作用の異方性と強度を音響分散および散逸測定から抽出する。 本手法はカルシウムタングステート (CaWO4) とイットリウムオルソシリケート (Y2SiO5) で実証し, エルビウムドーパントアンサンブルでは0.5の協調性を示した。 本手法は, 複合結晶材料におけるスピンフォノン相互作用の最小限の制約下での研究を可能にする。 これらの結果は、ハイブリッド量子系の設計と、スピン-フォノン結合の強化によるイオン-マトリクス結合の探求を促進する。

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