論文の概要: Isotopically enriched epitaxial CaWO$_{4}$ thin films for Er$^{3+}$ spin-photon quantum interfaces
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.24582v1
- Date: Mon, 27 Apr 2026 15:07:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-28 17:12:08.111295
- Title: Isotopically enriched epitaxial CaWO$_{4}$ thin films for Er$^{3+}$ spin-photon quantum interfaces
- Title（参考訳）: Er$^{3+}$スピン光子量子界面における等方的に濃縮したエピタキシャルCaWO$_{4}$薄膜
- Authors: Hanlin Tang, Kidae Shin, Ashwin K. Boddeti, Sebastian P. Horvath, Adam Turflinger, Joseph Alexander, Jeffrey A. Dhas, Zihua Zhu, Shuhang Pan, Jeff D. Thompson, Yingge Du, Frederick J. Walker, Charles H. Ahn,
- Abstract要約: 希土類イオン(REI)をドープした酸化物薄膜は量子配線の応用に魅力がある。
CaWO$_4$は、狭い光線幅遷移と長いスピンコヒーレンス時間を持つため、有望である。
これらの結果は、核スピン制限コヒーレンスの研究とスケーラブルな希土類イオン系量子ナノフォトニクスデバイスのための将来的なプラットフォームとしてのCaWO$_4$薄膜を確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.318317766651955
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Rare earth ion (REI)-doped oxide thin films are attractive for the application of quantum interconnects due to their stable optical levels and scalability$^{1-3}$. Among them, Er$^{3+}$ doped CaWO$_{4}$ is promising because it possesses narrow optical linewidth transitions and a long spin coherence time$^{4-6}$. The electron spin coherence is limited at high temperatures by paramagnetic impurities and by the presence of the 14.3% $^{183}$W nuclear spin. To further increase the spin coherence time at millikelvin temperatures, where the paramagnetic impurities are frozen out, our approach is to synthesize chemically and isotopically purified thin films as a host material. We first grow non-isotopically enriched Er$^{3+}$ doped CaWO$_{4}$ thin films, which exhibit a 214(13) MHz photoluminescence (PL) inhomogeneous linewidth, indicating the thin film has high crystalline quality. We then grow isotopically enriched CaWO$_{4}$ thin films using an isotopically purified $^{186}$WO$_{3}$ source. Time of flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) was used to measure the relative concentration of W isotopes. $^{183}$W, the only W isotope that has a net nuclear spin and is the major cause of spin decoherence, was at a relative abundance of 1.2%, a factor of 10 lower than natural abundance. We also observed PL emission from single ions after integrating nano-photonic devices with the thin film. These results establish isotopically engineered CaWO$_{4}$ thin films as a promising platform for future studies of nuclear-spin-limited coherence and for scalable rare-earth-ion-based quantum nanophotonic devices.
- Abstract（参考訳）: 希土類イオン(REI)ドープ酸化物薄膜は、その安定な光学レベルとスケーラビリティのために量子配線の応用に魅力がある。
このうち、Er$^{3+}$ doped CaWO$_{4}$は、狭い光線幅遷移を持ち、長いスピンコヒーレンス時間$^{4-6}$を持つので有望である。
電子スピンコヒーレンス(英語版)は、常磁性不純物や14.3%$^{183}$W核スピンの存在によって高温で制限される。
常磁性不純物が凍結するミリケルビン温度におけるスピンコヒーレンス時間をさらに向上するため, ホスト材料として化学的および異方的に精製された薄膜を合成する。
我々はまず,Er$^{3+}$ドープCaWO$_{4}$薄膜を成長させ,この薄膜は214(13)MHz光発光(PL)不均一線幅を示し,結晶性が高いことを示す。
次に、同相的に精製された$^{186}$WO$_{3}$ソースを用いて、同相的に濃縮されたCaWO$_{4}$薄膜を成長させる。
フライトセカンダリイオン質量分析法 (ToF-SIMS) の時間を用いて, W同位体の相対濃度を測定した。
純核スピンを持つ唯一のW同位体である$^{183}$Wは、スピン脱コヒーレンスの主要な原因であり、自然存在量よりも10倍低い1.2%の相対的な存在であった。
また,ナノフォトニックデバイスと薄膜を結合させた後,単一イオンからのPL放出も観察した。
これらの結果は、核スピン制限コヒーレンスの研究とスケーラブルな希土類イオン系量子ナノフォトニクスデバイスのための将来的なプラットフォームとして、等方的に設計されたCaWO$_{4}$薄膜を確立する。
関連論文リスト
- Sub-second spin and lifetime-limited optical coherences in $^{171}$Yb$^{3+}$:CaWO$_4$ [0.0]
171$Yb$3+$イオンをCaWO$_4$結晶にドープする。
我々は、185MHzの光遷移と放射寿命制限コヒーレンス時間(0.75ms)の細い不均一な拡張を見出した。
これらの結果は量子技術を構築するための低ノイズプラットフォームとしての171$Yb$3+$:CaWO$_4$の可能性を示している。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-04-02T10:57:01Z) - Optical and spin coherence of Er$^{3+}$ in epitaxial CeO$_2$ on silicon [0.0]
我々は、CeO$$エピタキシャル膜にドープされたEr$3+$イオンの光均質線幅と電子スピンコヒーレンスについて報告する。
環境保護されたEr$3+$の4fシェルの1530nm付近の長寿命光遷移は、440kHzの狭い均一な線幅を示している。
ホスト内の核スピンノイズの低減により、Er$3+$電子スピン偏極は3.6Kとなり、電子スピンコヒーレンスは0.66$mu$s、スピン緩和は2.5msとなる。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-09-28T18:22:56Z) - Quasi-deterministic Localization of Er Emitters in Thin Film TiO$_2$
through Submicron-scale Crystalline Phase Control [5.011073409107404]
希土類イオン(REIs)は、コヒーレンス特性の良い光および電子スピン遷移を提供する。
三価エルビウム(Er$3+$)は、テレコムCバンドの光学遷移を持つ。
TiO$$Si薄膜におけるEr$3+$エミッタの光共鳴を局所的に調整する方法を示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-08-29T03:24:58Z) - Indistinguishable telecom band photons from a single erbium ion in the
solid state [0.0]
我々はEr$3+$をCaWO$_4$に注入し、非極性サイト対称性と核スピンからの脱コヒーレンスを結合し、バックグラウンドレアアースイオンを含まない物質とする。
単走査光線幅は150kHz、長期スペクトル拡散は63kHzであり、どちらも21kHzの紫外光線幅に近い。
これは、単一のEr$3+$イオンを持つテレコムバンド量子リピータネットワークの構築に向けた重要なステップである。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-01-09T18:29:53Z) - Quantum density matrix theory for a laser without adiabatic elimination
of the population inversion: transition to lasing in the class-B limit [62.997667081978825]
B級量子密度行列モデルは、統一理論におけるコヒーレンスと光子相関を正確に記述することができない。
ここでは、一般クラスBレーザーに対する密度行列の理論的アプローチを行い、光子のフォック基底におけるフォトニックおよび原子還元密度行列の閉方程式を提供する。
このモデルは、クラスBレーザーデバイスにおける数光子分岐と非古典光子相関の研究を可能にし、コヒーレント結合ナノレーザーアレイの量子記述を活用する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-05-26T16:33:51Z) - Computational Insights into Electronic Excitations, Spin-Orbit Coupling
Effects, and Spin Decoherence in Cr(IV)-based Molecular Qubits [63.18666008322476]
効率的な分子量子ビットの化学設計を支援することを目的としたCr(IV)系分子の鍵となる性質に関する知見を提供する。
一軸ゼロフィールドスプリッティング(ZFS)パラメータの符号は、すべての考慮された分子に対して負であることが判明した。
我々は、53ドルCr核スピンと13C核スピンと1H核スピンとの(超)超微細結合を定量化する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-05-01T01:23:10Z) - Single quantum emitters with spin ground states based on Cl bound
excitons in ZnSe [55.41644538483948]
InSeにおけるCl不純物に基づく電子スピン量子ビットを持つ新しいタイプの単一光子エミッタを示す。
その結果, 単一Cl不純物はフォトニック界面を有する単一光子源として好適であることが示唆された。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-03-11T04:29:21Z) - Rapid generation of all-optical $^{39}$K Bose-Einstein condensates using
a low-field Feshbach resonance [58.720142291102135]
フェシュバッハ共振器を用いた全光学的ボース・アインシュタイン凝縮体(399ドル)の製造について検討した。
完全に凝縮したアンサンブルと5.8タイムs104$の原子を850$msの蒸発時間で232ドルの散乱長で生成することができる。
本研究は, 慣性センシングのための超低温カリウムの高流動源への道筋について述べる。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-01-12T16:39:32Z) - Twenty-three millisecond electron spin coherence of erbium ions in a
natural-abundance crystal [0.8331845551768636]
これは、核スピンが豊富な物質の中で測定される最長の電子スピンコヒーレンス時間である。
Er$3+$:CaWO$_4$を量子ネットワークの先導プラットフォームとして確立した。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-06-28T20:45:11Z) - Electrically tuned hyperfine spectrum in neutral
Tb(II)(Cp$^{\rm{iPr5}}$)$_2$ single-molecule magnet [64.10537606150362]
分子電子レベルと核スピンレベルの両方を量子ビットとして用いることができる。
ドーパントを持つ固体系では、電場が核スピン量子ビットレベル間の間隔を効果的に変化させることが示されている。
この超微細スターク効果は量子コンピューティングにおける分子核スピンの応用に有用かもしれない。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-07-31T01:48:57Z) - Hyperfine and quadrupole interactions for Dy isotopes in DyPc$_2$
molecules [77.57930329012771]
核スピンレベルは、磁化力学を理解し、ランタノイド系単一分子磁石における量子ビットの実装と制御において重要な役割を果たす。
アニオンDyPc$における161$Dyおよび163$Dy核の超微細および核四極子相互作用について検討した。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-02-12T18:25:31Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。