硅上外延CeO$_2$中Er$^{3+}$的光学相干与自旋相干

具有电信波段光学跃迁、且可能处于无核自旋环境中的固态原子缺陷，对于基于光纤的量子网络应用十分重要。掺入CeO$_2$中的铒离子提供了这样一种理想的组合。本文报道了掺杂于生长在Si(111)衬底上的CeO$_2$外延薄膜中Er$^{3+}$离子的光学均匀线宽与电子自旋相干性。Er$^{3+}$受环境保护的4f壳层中近1530 nm的长寿命光学跃迁，在3.6 K下显示出440 kHz的窄均匀线宽与0.72 $\mu$s的光学相干时间。衬底中降低的核自旋噪声使得Er$^{3+}$在3.6 K下可实现电子自旋极化，给出0.66 $\mu$s的电子自旋相干（孤立离子极限下）以及2.5 ms的自旋弛豫。这些发现表明Er$^{3+}$:CeO$_2$薄膜作为量子网络与通信应用有价值平台的潜力。