硅酸钇中镱离子的相干自旋动力学

我们研究了具有非零核自旋的镱（$\mathrm{Yb}^{3+}$）离子在硅酸钇（Y$_2$SiO$_5$）晶体内的电子与核自旋相干特性，着眼于其在量子存储器或中继器中的潜在应用。我们发现电子自旋-晶格弛豫时间在低磁场（$<100$ mT，此处 $g\sim6$）下达到最大，在 2.5 K 时可达 5 s，而相干时间在较高磁场下寻址 $g\sim0.7$ 的 ESR 跃迁时最大，其中 Hahn 回波测量给出最长 $T_2$ 达 73 $\mu$s。动力学退耦（XY16）可用于抑制谱扩散并将相干寿命延长至 0.5 ms 以上，接近瞬时扩散极限。利用 Davies 电子-核双共振（ENDOR），我们对 $^{173}\mathrm{Yb}^{3+}$ 核自旋进行了相干控制并研究其弛豫动力学。在约 4.5 K 时，我们测得核自旋 $T_1$ 和 $T_2$ 分别为 4 和 0.35 ms，约为相应电子自旋时间的 4 倍和 14 倍。