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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)解決半導(dǎo)體材料量子技術(shù)應(yīng)用難題

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2021-07-15 10:15:05 字號：A- A A+ 來源：安徽日報

最后更新: 2021-07-15 15:57:39

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊李傳鋒、許金時等人與匈牙利學(xué)者合作，在國際上首次實現(xiàn)單個碳化硅雙空位色心電子自旋在室溫環(huán)境下的高對比度讀出和相干操控。這是繼金剛石氮空位色心后第二種在室溫下同時具有高自旋讀出對比度和高單光子發(fā)光亮度的固態(tài)色心。該成果日前在線發(fā)表于《國家科學(xué)評論》，對于發(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。

固態(tài)自旋色心是量子信息處理的重要研究平臺，金剛石氮空位色心是其突出代表。自從1997年德國研究團隊報道了室溫下單個金剛石氮空位色心的探測以來，金剛石氮空位色心在量子計算、量子網(wǎng)絡(luò)和量子傳感等方面都取得了重要進展。近年來，為了利用更加成熟的材料加工技術(shù)和器件集成工藝，人們開始關(guān)注其他半導(dǎo)體材料中的相似色心。其中碳化硅中的自旋色心，包括硅空位色心（缺失一個硅原子）和雙空位色心（缺失一個硅原子和一個近鄰碳原子），因其優(yōu)異的光學(xué)和自旋性質(zhì)引起了人們廣泛的興趣。

李傳鋒、許金時研究組利用此前所發(fā)展的離子注入制備碳化硅缺陷色心的技術(shù)制備了雙空位色心陣列。進一步利用光探測磁共振技術(shù)，在室溫下實現(xiàn)單個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的自旋讀出對比度為30%，而且單光子發(fā)光亮度每秒可達150k個計數(shù)。這兩項重要指標(biāo)相比碳化硅中硅空位色心均提升了一個數(shù)量級，第一次展現(xiàn)了碳化硅自旋色心在室溫下具有與金剛石氮空位色心相媲美的優(yōu)良性質(zhì)，并且單色心電子自旋在室溫下的相干時間長達23微秒。研究團隊還實現(xiàn)了碳化硅色心中單個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)量子存儲與可擴展的固態(tài)量子網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。

《國家科學(xué)評論》審稿人認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)解決了碳化硅色心量子技術(shù)應(yīng)用中的一個關(guān)鍵問題。
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