Polarizzazione nucleare dinamica assistita da cavità

Abstract degli autori

La polarizzazione nucleare dinamica trasferisce la polarizzazione dagli spin elettronici a quelli nucleari sfruttando un canale dissipativo. Qui introduciamo un meccanismo di DNP basato su cavità, che sfrutta il rilassamento radiativo dello spin elettronico attraverso l’effetto Purcell per indurre la polarizzazione degli spin nucleari. Implementiamo questo protocollo su un ensemble di spin donatori di bismuto (I=9/2, S=1/2) in silicio isotopicamente purificato, accoppiato a un risonatore superconduttore. Un singolo ciclo, che combina impulsi adiabatici a microonde e a radiofrequenza con il rilassamento di Purcell, aumenta di un fattore $1.79\pm0.04$ la popolazione di uno stato fondamentale bersaglio; con cicli aggiuntivi si raggiunge un incremento cumulativo di $4.6\pm0.2$, da confrontare con il limite teorico di un fattore nove, determinato dalla degenerazione del manifold fondamentale. Spieghiamo questa differenza con la competizione tra il rilassamento di Purcell e quello intrinseco, da un lato, e un effetto collettivo che rallenta il decadimento radiativo dello spin elettronico man mano che cresce la popolazione degli spin nucleari, dall’altro. I nostri risultati indicano la DNP radiativa come un meccanismo disponibile a temperature dell’ordine dei millikelvin, dove il rilassamento mediato dai fononi è congelato.