磁気的純化固体原子系の創成と量子メモリ応用に関する研究

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2022年度は計画通り、Si原料を磁気的純化（28Siのみに同位体制御）した167Er:Y28SOバルク結晶の結晶成長、及びそのホストに添加された167Erにおけるコヒーレンス時間の評価を行った。ここで従来の167Er:YSO（Siの磁気的純化なし）結晶と比較するために、167Erの添加濃度は10ppm（仕込み組成）とした。結晶成長はCzochralski法を用い、2cm角程度のインゴットの形成に成功した。ここから5×5×6 mmの光学測定用サンプルを切り出し、結晶表面にアンチリフレクションコーティングを施した。まず、Photoluminescence Excitation (PLE）による、Stark（結晶場分裂）準位の評価を4Kにて行った。作製された167Er:Y28SO結晶では、文献値通りのStark準位の形成が確認され、ホスト結晶の高品質成長ならびに167Erの適切な添加が確認された。次にスペクトルホールバーニング（SHB）による、167Erの超微細構造準位の不均一幅および均一幅の測定を行った。不均一幅はその吸収位置および収集線幅ともに、従来の167Er:YSOと同様のスペクトルを示した一方で、吸収深さは一桁程度小さいものとなった。これはホスト結晶の結晶成長時の167Erの取り込まれ方が異なり、実効的な167Er添加濃度が低下してしまっていると考えられる。そのためSHBによる均一幅の観測は、信号強度が十分に取れず正確な評価ができておらず、2023年度に継続して評価を行っていく予定である。