近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在碳化硅色心自旋操控研究中取得重要進(jìn)展。

 

中國科大消息顯示，該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、許金時(shí)等人與匈牙利魏格納物理研究中心Adam Gali教授合作，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了單個(gè)碳化硅雙空位色心電子自旋在室溫環(huán)境下的高對(duì)比度讀出和相干操控。

 

該成果對(duì)發(fā)展基于碳化硅這種成熟半導(dǎo)體材料的量子信息技術(shù)具有重要意義。

 

據(jù)介紹，李傳鋒、許金時(shí)研究組利用之前所發(fā)展的離子注入制備碳化硅缺陷色心的技術(shù)[ACS Photonics 6, 1736-1743 (2019); PRL 124, 223601(2020)]制備了雙空位色心陣列。進(jìn)一步利用光探測磁共振技術(shù)在室溫下實(shí)現(xiàn)單個(gè)雙空位色心的自旋相干操控，并發(fā)現(xiàn)其中一類雙空位色心（稱為PL6）的自旋讀出對(duì)比度為30%，而且單光子發(fā)光亮度每秒可達(dá)150k個(gè)計(jì)數(shù)。這兩項(xiàng)重要指標(biāo)相比碳化硅中硅空位色心均提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)，第一次展現(xiàn)了碳化硅自旋色心在室溫下具有與金剛石NV色心相媲美的優(yōu)良性質(zhì)，并且單色心電子自旋在室溫下的相干時(shí)間長達(dá)23微秒。

 

此外，研究團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了碳化硅色心中單個(gè)電子自旋與近鄰核自旋的耦合與探測，為下一步構(gòu)建基于碳化硅自旋色心體系的室溫固態(tài)量子存儲(chǔ)與可擴(kuò)展的固態(tài)量子網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。

 

由于高讀出對(duì)比度和高單光子發(fā)光亮度在量子信息的許多應(yīng)用中至關(guān)重要，該成果為基于碳化硅的量子器件開辟了一個(gè)新的發(fā)展方向。