中文

室温无反转金刚石氮空位电子自旋微波激射器

量子物理 2026-07-08 v1
作者: Ali Fawaz , Sarath Raman Nair
在 arXiv 上查看 ↗ PDF ↗

摘要

我们提出了一种在约2.9 GHz频率下产生室温微波激射器的方法，该方法利用金刚石中带负电的氮空位电子自旋(NV)系综，且无需粒子数反转。我们的方法考虑在沿共同轴排列的NV自旋系综的垂直方向施加几毫特斯拉(mT)的直流磁场。该垂直磁场在NV自旋基态三重态的|m_s=-1>和|m_s=+1>态之间产生叠加态，从而使得驱动NV自旋基态中的所有三个跃迁成为可能。我们通过包括NV自旋的光学泵浦、两个跃迁的近共振驱动以及将第三个跃迁耦合到近共振微波谐振器来对该系统进行建模。使用实验上可实现的参数进行的数值估计表明，使用我们的方法可以在微波谐振器内实现无反转微波激射。作为应用，我们展示了无反转微波激射器（1.1×10^14个自旋）的输出强度可用于磁场传感，其直流灵敏度约为数百pT/√Hz。我们的研究为室温金刚石NV微波激射器器件在量子技术应用方面开辟了新方向，无需像传统NV金刚石微波激射器那样需要强偏置磁场。

关键词

微波激射器 氮空位中心 无反转 室温 磁场传感 量子技术

引用

@article{arxiv.2607.07124,
  title  = {Room-temperature inversionless diamond nitrogen-vacancy electronic spin maser},
  author = {Ali Fawaz and Sarath Raman Nair},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2607.07124},
  year   = {2026}
}

备注

6 pages, 3 figures, supplementary material (10 pages, 7 figures)