Transizioni ottiche degli atomi di erbio nella banda delle telecomunicazioni in solidi di gas nobili

Abstract degli autori

Gli atomi di terre rare (RE), come l’erbio (Er), presentano transizioni ottiche di guscio interno nel vicino infrarosso, alcune delle quali ricadono nelle bande delle telecomunicazioni. Queste transizioni sono in gran parte insensibili all’ambiente ospite, grazie all’efficace schermatura offerta dai gusci esterni completi. I solidi criogenici di gas nobili (RG), come il neon solido (Ne) e l’argon solido (Ar), combinano un’elevata purezza chimica con un ambiente quasi privo di spin nucleare, rendendoli ospiti solidi interessanti per preservare la coerenza ottica e di spin. In questo lavoro isoliamo atomi neutri di Er in Ne e Ar solidi a 6 K e ne caratterizziamo l’emissione mediante spettroscopia di fotoluminescenza (PL) in regime stazionario e risolta nel tempo. In entrambi gli ospiti osserviamo diverse transizioni nel vicino infrarosso tra 1000--1500 nm, compresa l’emissione di guscio interno nelle bande O ed E delle telecomunicazioni. La transizione $4f \rightarrow 5d$ intorno a 1299 nm forma un multipletto di componenti strette, compatibile con la separazione dovuta al campo cristallino, e decade su una scala temporale di microsecondi. La transizione $4f \rightarrow 4f$ intorno a 1437 nm mostra in entrambi gli ospiti uno spostamento indotto dalla matrice inferiore a 1 cm$^{-1}$. In Ne solido, la sua larghezza di riga disomogenea è limitata dalla risoluzione dello spettrometro a < 22 GHz e il suo tempo di vita PL arriva fino a 78,9 ms, vicino al limite radiativo stimato. La ricottura termica prolunga il tempo di vita a 1437 nm in Ne e sopprime le bande laterali fononiche rispetto alle righe a zero fononi in Ar. Questi risultati indicano i solidi di gas nobili come ospiti promettenti per emissioni di Er di lunga durata nella banda delle telecomunicazioni e forniscono una base per future interfacce spin-fotone e architetture quantistiche ibride.