Analisi di Judd-Ofelt e spettroscopia coerente di complessi molecolari a base di europio per applicazioni di informazione quantistica

Abstract degli autori

I cristalli molecolari basati su ioni di terre rare stanno emergendo come una piattaforma promettente per le applicazioni di informazione quantistica, grazie alla combinazione di lunghi tempi di coerenza ottica e della versatilità chimica della chimica di coordinazione. Presentiamo qui una caratterizzazione ottica completa di dodici complessi molecolari a base di Eu$^{3+}$, con particolare attenzione alla transizione coerente $^{5}\text{D}_{0} \longrightarrow \ ^{7}\text{F}_{0}$ a $\sim$580 nm. Le analisi di Judd-Ofelt sono state condotte su tutti i complessi e forniscono informazioni sugli ambienti del campo dei ligandi, sulle simmetrie locali dei gruppi puntuali e sui conseguenti rapporti di diramazione della transizione coerente. Rileviamo che una simmetria del gruppo puntuale più bassa (C$_1$, C$_2$) dà luogo a rapporti di diramazione più elevati per la transizione $^{5}\text{D}_{0} \longrightarrow \ ^{7}\text{F}_{0}$, superiori all’1\% in diversi complessi. Le larghezze di riga ottiche inhomogenee misurate a 4.2 K rivelano, per alcuni complessi, larghezze di riga inferiori a dieci GHz, indicative di un ambiente cristallino altamente ordinato. Le misure di coerenza ottica su uno dei complessi, 5-Eu, restituiscono un tempo di coerenza ottica pari a $T_{\text{2}}^{\text{opt}} = 2.3~μ\mathrm{s}$ a 4.2 K, paragonabile a quello dei sistemi molecolari con le migliori prestazioni riportati finora. Una caratterizzazione sistematica e un confronto quantitativo saranno fondamentali per individuare relazioni struttura-proprietà che orientino la progettazione razionale di complessi ottimizzati per le applicazioni di informazione quantistica.