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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)消息，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、許金時(shí)等人與匈牙利學(xué)者合作，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)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。這是繼剛石氮空位色心后第二種在室溫下同時(shí)具有高自旋讀出對(duì)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(guó)家科學(xué)評(píng)論》，對(duì)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(tái)，金剛石氮空位色心是其突出代表。自從1997年德國(guó)研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了室溫下單個(gè)金剛石氮空位色心的探測(cè)以來(lái)，金剛石氮空位色心在量子計(jì)算、量子網(wǎng)絡(luò)和量子傳感等方面都取得了重要進(jìn)展。近年來(lái)，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(kāi)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(gè)硅原子）和雙空位色心（缺失一個(gè)硅原子和一個(gè)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(shí)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(jìn)一步利用光探測(cè)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(lèi)雙空位色心的自旋讀出對(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(shí)間長(zhǎng)達(dá)23微秒。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(cè)，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)。
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2021-7-15 10:04 上傳
《國(guó)家科學(xué)評(píng)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(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
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