稀土掺杂量子信息材料谱学性质及相干时间计算

【作者】 刘虹刚； 黄高海；

【机构】 四川大学材料科学与工程学院；

【摘要】 稀土掺杂晶体由于其稳定的物化性质,较长的相干时间和较宽的光学吸收带宽,成为了长寿命、大带宽光量子存储的有力竞争者,在未来的量子信息网络建设中具有潜在的应用价值。为了提高该类材料做为固态量子存储器的关键性能,有必要对其在外磁场下的复杂超精细能级结构进行深入的研究。我们以掺杂¹⁷¹Yb³⁺的Y₂SiO₅ （YSO）和LiNbO₃（LN）晶体为例,将基于密度泛函理论（DFT）的缺陷结构优化和有效哈密顿参量模型结合起来,对这些体系的光谱、电子顺磁共振谱（EPR）及光探测磁共振谱（ODMR）进行了理论计算。计算结果与报道的实验值符合很好,从而以一种统一地方式同时解释了这些谱线。更为重要的是,通过这一方法,可以获得磁场下稀土离子基态和激发态准确的超精细能级结构,从而实现对能增强体系光学（或自旋）相干时间的一种特殊跃迁?"钟跃迁（clock transition）"的指认或预测,并计算其相干时间长短。本工作不仅可以解释所研究稀土掺杂固态材料体系相应的谱学特性,同时还可以为寻找或设计具备长相干时间的稀土掺杂固态量子存储材料提供一种可行的方案。更多还原