NTT（日本電信電話術株式會社）和日本大學製造出一種摻雜可與通訊波長的光產生共振的稀土元素鉺（Er）的超音波裝置，併成功生成壽命爲幾毫秒的光激發電子和千兆赫超音波的混合狀態。該成果使得利用低氣壓超音波激勵控制高相干性稀土電子成爲可能，因此今後有望應用於節能量子光學存儲裝置中。相關研究成果已發表在美國科學雜誌《Physical Review Letters》線上版上。
圖1：所製造的超音波裝置的示意圖（左）和未來用於量子光學存儲裝置的示意圖（右）（供圖：NTT）
鉺（Er）是一種稀土元素，其核心電子可與通訊波長的光發生共振。由於內層電子被外層電子屏蔽，不易受到外界影響，因此鉺作爲一種能夠獲得高量子相干性的元素被用於量子光學記憶體中。
然而，外層電子的遮蔽效應也帶來了難以從外部控制內層電子的負面影響。事實上，要利用電場調變晶體中鉺的1GHz光學共振頻率，需要100V以上的高電壓，存在可控性低的課題。
對此，NTT正在推進利用可用低電壓獲得高調變的機械振盪器，實施節能量子光學存儲裝置的研究。
爲了實施這一目標，必須透過機械振動來控制電子的光學響應，但如何創造使之成爲可能的電子和振動的混合狀態，一直是個難題。
在此次的研究中，NTT和日本大學透過在摻鉺晶體基底層上製造能產生表面彈性波（超音波的一種）的裝置，將約2GHz的振動應變集中在晶體表面，從而成功實施了鉺的光學共振頻率的高速調變。其調變速率比激發電子的壽命更快，且電子以超過共振譜線寬的頻率被調變，因此生成了在通訊波長帶中共振的電子和千兆赫超音波的混合狀態。
透過利用這種狀態，可以利用超音波在低電壓下控制具有高相干性的鉺激發電子的光響應，因此有望在未來應用於節能量子光學存儲裝置。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
