Однородные и неоднородные ширины линий в оптических спектрах кристалла Y-=SUB=-2-=/SUB=-SiO-=SUB=-5-=/SUB=- : -=SUP=-171-=/SUP=-Yb-=SUP=-3+-=/SUP=-

Alban Ferrier,Loic Morvan,Eloise Lafitte-Houssat,Perrine Berger,Philippe Goldner,Mikael Afzelius,Sacha Welinski

doi:10.21883/os.2022.01.51885.29-21

Abstract

Rare earth ions are actively investigated as optically addressable spin systems for quantum technologies thanks to their long optical and spin coherence lifetimes. 171Yb3+, which has 1/2 electron and nuclear spins, recently raised interest for its simple hyperfine structure that moreover can result in long coherence lifetimes at zero magnetic field, an unusual property for paramagnetic rare earth ions. Here, we report on the optical inhomogeneous and homogeneous linewidths in 171Yb3+:Y2SiO5 (site 2) for different doping concentrations. While inhomogeneous linewidth is not correlated to 171Yb3+ concentration, the homogeneous one strongly decreases between 10 and 2 ppm doping level, reaching 255 Hz at 3 K. This is attributed to a slowing down of 171Yb3+ ground state spin flip-flops.

Highlights

Ионы редкоземельных элементов (РЗЭ) в качестве примесных центров в кристаллах являются перспективными объектами для применений в оптических квантовых технологиях
и соответствующими состояниями можно эффективно управлять при помощи коротких микроволновых импульсов. В результате это позволило создать когерентную широкополосную оптическую память с длительным временем хранения
Для наименьшей из исследованных концентраций (2 ppm) спад интенсивности эха имел неэкспоненциальную форму, что может быть связано с медленной спектральной диффузией, вызванной взаимными флип-флоп переворотами электронных спинов основного состояния между ионами 171Yb3+ в двух структурных позициях кристалла Y2SiO5 и ядерных спинов между ионами 89Y3+

Summary

Introduction

Ионы редкоземельных элементов (РЗЭ) в качестве примесных центров в кристаллах являются перспективными объектами для применений в оптических квантовых технологиях. © Eloise Lafitte-Houssat 1,2, Alban Ferrier 1,3, Mikael Afzelius 4, Perrine Berger 2, Loic Morvan 2, Sacha Welinski 2, Philippe Goldner 1,¶ В то время как неоднородная ширина линии не коррелирует с концентрацией 171Yb3+, однородная ширина сильно уменьшается при уменьшении концентрации от 10 до 2 ppm, достигая значения 255 Hz при температуре 3 K.

Results

Conclusion