Tiden med single-spin farvecentre i siliciumcarbid nærmer sig

Prof. Li Chuanfeng, Prof. Xu Jinshi og deres kolleger fra prof. Guo Guangcans gruppe ved University of Science and Technology of China (USTC) ved Chinese Academy of Sciences (CAS), indså højkontrastudlæsning og sammenhængende manipulation af et enkelt siliciumcarbid-divacansfarve-center-elektron-spin ved stuetemperatur for første gang. De arbejdede i samarbejde med prof. Adam Gali, fra Wigner Research Center for Physics i Ungarn. Dette værk blev offentliggjort i National Science Review den 5. juli, 2021.

Solid-state spin-farvecentre er af største betydning i mange anvendelser af kvanteteknologier, primært nitrogen-vacancy (NV) center i diamant. Siden detektion af individuelle NV-defektcentre i diamant med stuetemperatur blev rapporteret i 1997, NV -centrene i diamant er blevet anvendt på alsidige felter, herunder kvanteberegning, kvante netværk og kvantefølelse.

For nylig, at drage fordel af mere moden materialebehandling og enhedintegrationsteknologier, forskere søger lignende farvecentre i andre halvledermaterialer. Blandt dem, centrifugeringsfarverne i siliciumcarbid, herunder ledige silicium (mangler et siliciumatom) og fravigelser (mangler et siliciumatom og et tilstødende carbonatom), har tiltrukket bred interesse på grund af fremragende optiske og spin -egenskaber.

Imidlertid, den typiske aflæsningskontrast via stuetemperatur kohærent manipulation af de enkelte silicium-ledige farvecentre er kun 2%, og fotontællingshastigheden er også så lav som 10 kilos tællinger pr. sekund. Disse mangler begrænser den praktiske anvendelse af den sammenhængende manipulation af de enkelte silicium -ledige farvecentre ved stuetemperatur.

Forskere fra USTC implanterede defekte farvecentre i SiC med deres ionimplantationsteknik til fremstilling af et divacancy farve center array. De opnåede spin-kohærent manipulation af det enkelte afvigelsesfarvecenter ved stuetemperatur med den optisk detekterede magnetiske resonans (ODMR), på samme tid, de fandt ud af, at en type afvigelsesfarvecentre (kaldet PL6) havde en 30% spin -aflæsningskontrast, hvis enkeltfotonemissionshastighed var op til 150 kilos tællinger pr. sekund.

Disse to vigtige parametre er en størrelsesorden højere end siliciumvakancens farvecenter i SiC. For første gang, spin -farve centrene i SiC viste fremragende egenskaber, der kan sammenlignes med diamant NV farve center ved stuetemperatur. Især, elektron -centrifugeringstiden ved stuetemperatur blev forlænget til 23 mikrosekunder. I øvrigt, forskergruppen indså også koblingen og detektionen af ​​et enkelt elektron -spin og et nærliggende atomspin i SiC -farvecentre.

Dette arbejde lægger grundlaget for opbygning af rumtemperatur solid-state kvantelagring og skalerbare solid-state-kvantenetværk, der er baseret på SiC-spin-farve-center-systemet. Det er vigtigt for den næste generation af hybrid kvanteenheder at integrere spin-defekter med en høj aflæsningskontrast og en høj fotonantal i højtydende SiC-elektronenheder.