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研究快讯 | 基于斯塔克效应实现单个铒离子发光的大范围调谐
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EXPRESS LETTER
Stark tuning of telecom single-photon emitters based on a single Er3+
Jian-Yin Huang, Peng-Jun Liang, Liang Zheng, Pei-Yun Li, You-Zhi Ma, Duan-Chen Liu, Jing-Hui Xie, Zong-Quan Zhou, Chuan-Feng Li, and Guang-Can Guo
Chin. Phys. Lett. 2023, 40 (7): 070301
DOI: 10.1088/0256-307X/40/7/070301
文章亮点
基于斯塔克效应实现了晶体中单个铒离子在通讯波段发光的大范围调谐，有望应用于独立铒离子的发光频率对准，为实现基于铒离子的远程量子中继奠定了基础。
左图：低温腔内的实验样品俯视照片；中图：样品放大细节图，左侧为透镜光纤，右侧是压印在硅酸钇晶体上的锥形波导及光子晶体微腔，两个表面电极用于产生强电场。右图：对7个单铒离子发光的斯塔克调谐实验结果。
基于斯塔克效应实现单个铒离子发光的大范围调谐
研究背景
量子中继是克服信道损耗并建立远程量子网络的关键技术。已演示量子中继的物质体系包括NV色心、单原子、冷原子和掺钕晶体等。这些体系的光学跃迁均不处于光纤通信波段，故需要借助量子频率转换技术实现光子的长程传输，不可避免地引入了效率损失和噪声。晶体中的单个铒离子的光学跃迁天然处于通讯波段，是量子中继的重要候选体系。然而，由于晶体内部的每个铒离子局域环境存在差别，使得其发光频率也各不相同，无法满足量子中继应用对光子全同性的基本要求。
内容简介
最近，中国科学技术大学李传锋、周宗权课题组基于直流斯塔克效应，成功实现硅酸钇晶体中的单个铒离子的发光的频率调谐。研究团队首先将硅基光子晶体微腔转移压印到自主生长的硅酸钇晶体上，利用腔的珀塞尔增强效应找到单个铒离子的发光。接着在晶体表面制备了微观电极对单个铒离子实施电场调控，实测的最大频率调谐量达182.9 MHz，达到其发光线宽的27倍。
研究意义和重要性
该工作首次演示了电场对单个铒离子发光频率的调控，频率调谐范围可支持量子中继应用中独立铒离子的频率对准。该工作发展的单离子斯塔克效应测试方法相较于传统的系综测试方法更加直观和精准，还有望应用于固态体系中局域电环境的量子传感。
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