Однородные и неоднородные ширины линий в оптических спектрах кристалла Y$_2$SiO$_5$ : $^{171}$Yb$^{3+}$

Ионы редкоземельных элементов (РЗЭ) обладают большими временами оптической и спиновой когерентности, вследствие чего их активно исследуют в контексте создания оптически управляемых спиновых систем для квантовых технологий. Трехзарядный изотоп иттербия $^{171}$Yb$^{3+}$, у которого и электронный, и ядерный спины имеют значение 1/2, в последнее время вызывает интерес из-за простой сверхтонкой структуры, которая к тому же может иметь результатом длительное время когерентности в отсутствие магнитного поля, что является необычным свойством для парамагнитных ионов РЗЭ. В данной работе мы исследуем неоднородную и однородную ширины линий в оптических спектрах иона иттербия в кристалле Y$_2$SiO$_5$ : $^{171}$Yb$^{3+}$ (в структурной позиции 2). В то время как неоднородная ширина линии не коррелирует с концентрацией $^{171}$Yb$^{3+}$, однородная ширина сильно уменьшается при уменьшении концентрации от 10 до 2 ppm, достигая значения 255 Hz при температуре 3 K. Это предположительно объясняется замедлением процесса флип-флоп переворотов спинов в основном состоянии ионов $^{171}$Yb$^{3+}$.