論文の概要: Cavity-assisted dynamic nuclear polarisation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.19180v1
• Date: Tue, 13 Oct 2026 20:45:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-15 21:06:15.805688
• Title: Cavity-assisted dynamic nuclear polarisation
• Title（参考訳）: キャビティ支援型動的核偏極
• Abstract要約: 動的核偏極は、散逸チャネルに依存することにより、電子から核スピンへの偏極を伝達する。 本稿では,Purcell効果による電子スピンの放射緩和を利用して核スピン偏極をもたらすキャビティベースのDNP機構を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Dynamic nuclear polarisation transfers polarisation from electron to nuclear spins by relying on a dissipative channel. Here we introduce a cavity-based DNP mechanism which uses the radiative relaxation of the electronic spin through the Purcell effect to bring about the nuclear spin polarisation. We implement this protocol on an ensemble of bismuth donor spins (I=9/2, S=1/2) in isotopically purified silicon coupled to a superconducting resonator. A single cycle, combining adiabatic microwave and radio-frequency pulses with Purcell relaxation, increases a target ground state's population by a factor of $1.79\pm0.04$; a cumulative enhancement of $4.6\pm0.2$ is reached with additional cycles, to be compared with the theoretical limit of ninefold set by the degeneracy of the ground manifold. We explain this difference by the competition between Purcell and intrinsic relaxation on the one hand and a collective effect that slows down the electronic spin radiative decay as the nuclear spin population grows on the other hand. Our results place radiative DNP as an available mechanism at millikelvin temperatures where phonon-mediated relaxation is frozen.
• Abstract（参考訳）: 動的核偏極は、散逸チャネルに依存することにより、電子から核スピンへの偏極を伝達する。 ここでは、パーセル効果による電子スピンの放射緩和を利用して核スピン偏極をもたらす空洞に基づくDNP機構を紹介する。 超伝導共振器に結合した異方性精製シリコン中のビスマスドナースピン(I=9/2, S=1/2)のアンサンブル上にこのプロトコルを実装した。 単一サイクルは、断熱マイクロ波と電波パルスとパーセル緩和を組み合わせたもので、目標基底状態の人口を1.79 pm0.04$で増加させ、累積的な4.6 pm0.2$の増大は、基底多様体の縮退によって設定された9倍の理論的限界と比較される。 一方のパーセルと内在緩和の競合と、他方の核スピンの個体数が増加するにつれて電子スピン放射崩壊を遅くする集団効果により、この違いが説明できる。 その結果, 放射性DNPは, フォノンを媒介とする緩和が凍結するミリケルビン温度で利用可能な機構であることがわかった。

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