NTT（日本电信电话株式会社）和日本大学制造出一种掺杂可与通信波长的光产生共振的稀土元素铒（Er）的超声波装置，并成功生成寿命为几毫秒的光激发电子和千兆赫超声波的混合状态。该成果使得利用低压超声波激励控制高相干性稀土电子成为可能，因此今后有望应用于节能量子光学存储装置中。相关研究成果已发表在美国科学杂志《Physical Review Letters》线上版上。
图1：所制造的超声波装置的示意图（左）和未来用于量子光学存储装置的示意图（右）（供图：NTT）
铒（Er）是一种稀土元素，其核心电子可与通信波长的光发生共振。由于内层电子被外层电子屏蔽，不易受到外界影响，因此铒作为一种能够获得高量子相干性的元素被用于量子光学存储器中。
然而，外层电子的屏蔽效应也带来了难以从外部控制内层电子的负面影响。事实上，要利用电场调制晶体中铒的1GHz光学共振频率，需要100V以上的高电压，存在可控性低的课题。
对此，NTT正在推进利用可用低电压获得高调制的机械振荡器，实现节能量子光学存储装置的研究。
为了实现这一目标，必须通过机械振动来控制电子的光学响应，但如何创造使之成为可能的电子和振动的混合状态，一直是个难题。
在此次的研究中，NTT和日本大学通过在掺铒晶体基板上制造能产生表面弹性波（超声波的一种）的装置，将约2GHz的振动应变集中在晶体表面，从而成功实现了铒的光学共振频率的高速调制。其调制速率比激发电子的寿命更快，且电子以超过共振线宽的频率被调制，因此生成了在通信波长带中共振的电子和千兆赫超声波的混合状态。
通过利用这种状态，可以利用超声波在低电压下控制具有高相干性的铒激发电子的光响应，因此有望在未来应用于节能量子光学存储装置。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
