中国科大与泰国朱拉隆功大学合作实现碳化硅改性双空位色心的电荷态调控

　　中国科年夜郭光灿院士团队正在碳化硅改性双空位色心电荷态调控的研究中取患了新进展。该团队的李传锋、许金时等研究职员与泰国朱拉隆功年夜学的Wiwittawin Sukmas、Pranut Potiyaraj等人互助，胜利完成了碳化硅改性双空位色心的可逆电荷态调控，并证明了改性双空位色心电离历程的自旋依赖性。这一结果为成长基于自旋—电荷态转换以及光电流探测的碳化硅自旋量子比特读出技能奠基了重要根蒂根基。2月12日，相干结果以“Charge-State Control of Modified Divacancies in Silicon Carbide”为题正在线颁发正在国际出名期刊《Nano Letters》上。

　　固态自旋色心是量子信息处置惩罚范畴的重要平台，普遍使用于单光子源以及自旋量子比特的研究。正在这些使用中，色心电荷态的调控具备相当重要的作用。色心电荷态的改变可能会招致荧光淬灭征象，影响光子发射的波动性；而经由过程将容易退相关的自旋态投影到更为稳健的电荷态中，则无望完成固态色心自旋的单发读取。碳化硅中含有多种自旋色心。研究发明，关于传统的双空位色心，其电荷态可以正在976 nm光的照射下，由中性电荷态（VV⁰）改变为带负电的电荷态（VV^–）。此外，碳化硅中还存正在一类改性双空位色心，虽然其详细原子布局还没有彻底明确，但研究团队后期的研究标明，这些改性双空位色心正在室温下具备优质的荧光性子以及自旋读出比照度，是量子信息处置惩罚的抱负载体[Natl. Sci. Rev. 9, nwab122 (2022)]。只管云云，至今还没有察看到改性双空位正在非共振引发下的电荷态转换。

　　为此，研究团队经由过程氧离子注入，正在4H碳化硅外延层中制备了高浓度的改性双空位色心。正在室温下，哄骗1064 nm以及914 nm激光划分引发完成了改性双空位色心的光电离以及光充电历程，演示了可逆电荷态调控。经由过程丈量没有同引发光功率下的光电离以及光充电曲线，研究职员获得光电离速度以及光充电速度随光功率变迁的线性瓜葛（如图a以及b所示），并提出了由载流子陷阱介导的改性双空位电荷态转换模子，为懂得该历程供给了新的视角。

　　此外，研究团队还证明了改性双空位色心电离历程中的自旋依赖性。研究标明，改性双空位色心关于导带电子的俘获几率遭到本身自旋态的影响。经由过程施加微波脉冲，将改性双空位色心置于没有同的自旋态上，并划分丈量电离历程中的荧光强度衰减，试验成果验证了电离历程的自旋依赖性（如图c以及d所示）。

　　试验成果图。a)光电离速度随1064 nm光功率变迁的试验曲线；b)光充电速度随914 nm光功率变迁的试验曲线；c)改性双空位PL6色心正在电离历程中的荧光强度绝对衰减随微波脉冲长度变迁的曲线；d)改性双空位PL6色心正在电离后的荧光强度随微波脉冲长度变迁的曲线。

　　本结果初次完成了碳化硅改性双空位色心正在非共振引发下的电荷态调控，且证明了电离历程的自旋依赖性，为将来完成碳化硅自旋量子比特的可扩大、可集成电学界面供给了重要依据。

　　论文第一作者为量子收集安徽省重点试验室博士后林吴曦，研究获得了国度科技重年夜专项、国度天然迷信基金委员会、中国博士后迷信基金和中国迷信技能年夜学的赞助。

　　论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c05874