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中科大研究團隊首次實現通訊波段碳化硅色心的室溫自旋操控

時間:2020-06-05    來源:科技日報    作者:儀多多商城     
【導讀】具有通訊波段熒光和可調控自旋的固態色心體系,是遠距離量子中繼和分布式量子計算的重要平臺。

  記者從中國科大獲悉,該校郭光燦院士團隊李傳鋒、許金時、王俊峰等人與其合作者,在國際上首次實現了碳化硅中氮-空位(NV)色心的室溫相干操縱,并且實現了單個NV色心的可控制備和光探測磁共振譜的探測。這種色心的發光波長在通訊波段,在量子通信和量子網絡中具有重要用途。該成果日前發表于國際物理學知名期刊《物理評論快報》上,并被美國物理學家組織網專題報道。

  具有通訊波段熒光和可調控自旋的固態色心體系,是遠距離量子中繼和分布式量子計算的重要平臺。碳化硅是一種應用廣泛的寬禁帶半導體材料,有成熟的生長和微納加工藝以及摻雜技術,并且晶型多樣,可供研究的色心類型非常豐富。基于碳化硅色心自旋的量子器件十分適合光電集成以及產業化。

  最近的研究發現碳化硅中存在帶負電的NV色心,即一個碳原子被氮原子取代同時缺失了近鄰的硅原子,并且其熒光光譜處于通訊波段。但是之前的工作局限在對其低溫光譜和電子順磁共振的研究,自旋相干性質和單個NV色心的可控制備尚缺乏相關報道。

  研究組通過優化注入條件和退火溫度實現了碳化硅中NV色心濃度的6倍增強,從而有效地排除了其他色心的干擾。在此基礎上,研究組實現了碳化硅NV色心系綜的室溫光探測磁共振譜的檢測,并且實現了室溫自旋相干操縱。這一實驗為利用加工技術成熟的碳化硅材料中的NV色心實現可擴展量子信息處理奠定了重要基礎。


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