具有重要用途 中国科大首次实现通讯波段碳化硅色心的室温自旋操控

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日期:2020-06-04 13:38:26    来源:科技日报    

记者从中国科大获悉,该校郭光灿院士团队李传锋、许金时、王俊峰等人与其合作者,在国际上首次实现了碳化硅中氮-空位(NV)色心的室温相干操纵,并且实现了单个NV色心的可控制备和光探测磁共振谱的探测。这种色心的发光波长在通讯波段,在量子通信和量子网络中具有重要用途。该成果日前发表于国际物理学知名期刊《物理评论快报》上,并被美国物理学家组织网专题报道。

具有通讯波段荧光和可调控自旋的固态色心体系,是远距离量子中继和分布式量子计算的重要平台。碳化硅是一种应用广泛的宽禁带半导体材料,有成熟的生长和微纳加工艺以及掺杂技术,并且晶型多样,可供研究的色心类型非常丰富。基于碳化硅色心自旋的量子器件十分适合光电集成以及产业化。

最近的研究发现碳化硅中存在带负电的NV色心,即一个碳原子被氮原子取代同时缺失了近邻的硅原子,并且其荧光光谱处于通讯波段。但是之前的工作局限在对其低温光谱和电子顺磁共振的研究,自旋相干性质和单个NV色心的可控制备尚缺乏相关报道。

研究组通过优化注入条件和退火温度实现了碳化硅中NV色心浓度的6倍增强,从而有效地排除了其他色心的干扰。在此基础上,研究组实现了碳化硅NV色心系综的室温光探测磁共振谱的检测,并且实现了室温自旋相干操纵。这一实验为利用加工技术成熟的碳化硅材料中的NV色心实现可扩展量子信息处理奠定了重要基础。

该工作得到了审稿人的高度评价:“这些结果意义重大,将会引起很多研究色心体系的量子信息物理学家的兴趣”,美国物理学家组织网对此进行了专题报道。(记者 吴长锋)

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