电子自旋有望用于实现量子信息处理。用于量子计算的理想量子比特应具有长退相干时间、可快速操控以及可拓展化等特性。为了找到一个这样“理想”的固态自旋系统，人们对包括量子点在内的多种材料开展了广泛的研究。相比于液氦低温下自旋退相干时间为微秒量级的已被广泛研究的Ⅲ-Ⅴ族半导体量子点，Ce3+:YAG晶体中稀土离子电子自旋具有长达2 ms的退相干时间，增长了近三个量级。不同于宇称禁戒的电子跃迁，Ce3+稀土离子跃迁具有较高的振子强度，有利于利用飞秒超短脉冲实现自旋的快速建立以及超快调控。

       实验室的固态体系自旋超快调控研究小组首次利用时间分辨法拉第旋转光谱技术研究室温下Ce3+:YAG晶体的电子自旋动力学。一束圆偏振泵浦光脉冲共振激发Ce3+的4f电子到5d能级，由于偏振选择激发，5d态电子建立自旋极化。研究结果表明，Ce3+稀土离子5d态电子自旋在室温下的自旋退相干时间长达2.5 ns，有望用于常温固态量子信息处理。我们发现，较高横向磁场下的电子自旋动力学呈现出幅度调制现象，该现象来源于Ce3+离子系综存在数个电子自旋进动频率，反映了Ce3+离子在YAG不同晶格位置的磁非等价性。量子点系综里非均匀展宽影响显著，其电子自旋退相干时间与外加横向磁场成反比。与此不同的是，Ce3+离子在不同磁场下自旋退相干时间基本保持不变，说明其受非均匀展宽的影响非常小，这一点对实际应用非常有利。Ce3+离子电子自旋的弛豫因素主要是电子自旋与YAG中Al原子核自旋的超精细相互作用。研究表明，该弛豫因素可通过施加一小至10 mT的纵向磁场得到有效抑制。相关研究成果发表在 Appl. Phys. Lett. 110, 222405 (2017)。

图1(a)不同横向磁场下时间分辨法拉第旋转光谱，黑色是实验数据，红色是拟合曲线。(b)对应图(a)中各磁场的傅里叶变换频率。(c)拉莫尔频率与磁场的依赖关系，图中三条曲线是对频率的线性拟合。(d)电子自旋退相干时间与横向磁场的依赖关系。

图2(a)不同纵向磁场下时间分辨法拉第旋转光谱。 (b)对应图(a)中不同磁场下泵浦探测延迟时间为7.5ns时的法拉第旋转信号。