中国科大实现碳化硅中改性双空位色心的鲁棒共振激发

　　中国科年夜郭光灿院士团队正在碳化硅色心的制备以及高温共振引发研究方面取患上重要进展。该团队李传锋、许金时等人哄骗聚焦氦离子束注入联合二次退火技能，胜利制备出单个碳化硅双空位色心阵列，并发明此中一类改性的双空位色心(PL6)具备鲁棒的共振引发谱以及低的光电离速度。这一结果关于鞭策基于碳化硅色心的量子收集使用具备重要意思。研究结果以“Robust single modified divacancy color centers in 4H-SiC under resonant excitation”为题，11月22日颁发正在国际出名期刊《天然·通信》上。

　　碳化硅的双空位色心是由一对相邻的碳-硅原子缺掉所造成，具备长自旋相关时间以及高自旋抉择性的光跃迁，是构建自旋-光子界面的重要候选系统。因为空位缺陷的格点位置没有同，平凡的双空位色心有四种变体，划分定名为PL1至PL4。研究标明，正在共振引发前提下，这些平凡双空位色心的电荷态会变患上没有波动，进而影响自旋-光子界面的构建效率。值患上注重的是，碳化硅中还存正在一类光谱规模以及自旋态与平凡双空位色心相似，但具备奇特性子的自旋色心，这种色心被称为改性双空位色心（modified divacancy color center）。此中，一种改性双空位色心被定名为PL6。只管其准确布局还没有彻底了然，但实践研究预测，PL6色心具备更好的电荷态波动性。

　　李传锋、许金时研究组哄骗聚焦氦离子束注入并联合二次退火技能，正在碳化硅中完成了高精度的单个双空位色心阵列的制备。经由过程丈量角辨别共振引发谱，研究职员察看到PL6色心中两个偏振主轴彼此垂直的共振谱峰，正在长达3小时的共振引发历程中，这两条谱峰的平均光谱频移坚持正在50 MHz摆布。这类优秀的偏振特征以及光谱波动性，使患上PL6色心成为基于碳化硅色心构建自旋-光子纠缠界面的抱负平台。

　　进一步的研究标明，正在全功率规模内，PL6色心表示出较低的光电离速度。经由过程共振引发的“双光子历程”会招致色心的光电离征象。研究发明，正在低功率下，电离率与共振光功率浮现准二次方瓜葛，而正在高功率前提下则浮现准线性瓜葛。出格地，正在不异的共振光功率下，PL6色心的电离率比PL4色心低2.6倍，标明PL6色心正在光电离历程中具有更强的鲁棒性。此外，经由过程对多个样品的统计阐发，研究团队还发明，哄骗聚焦氦离子束制备的PL6色心正在高温下的共振引发线宽以及自旋相关时间均优于不异能量的碳离子以及较低能量的氦离子注入制备的PL6色心。

　　试验成果。图a单个双空位色心阵列的共聚焦荧光扫描图；b单个PL6色心正在3小时内的时间辨别光致发光引发谱；c单个PL6色心的角辨别共振引发谱；d单个PL4以及PL6的正在不异引发功率下光电离速度的比拟；e没有同制备要领获得单个PL6的共振引发谱线宽；f没有同制备要领获得单个PL6的自旋相关时间。

　　联合此前研究团队发明的PL6色心正在室温下具有多发光明度以及年夜自旋读出比照度的结果[Natl. Sci. Rev. 9, nwab122 (2022)]，本项事情进一步展示了PL6色心正在全温域量子信息处置惩罚中的伟大后劲。经由过程将聚焦氦离子束的精准制备技能与碳化硅中PL6色心的奇特性子相联合，无望完成PL6色心与微纳光学器件的高效耦合，从而鞭策高效量子信息处置惩罚的完成。

　　中国迷信院量子信息重点试验室博士生何桢暄、博士后周继阳为论文的配合第一作者。该事情获得了科技部、国度天然迷信基金委、中国迷信院、安徽省以及中国迷信技能年夜学的赞助。

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53662-y