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中科大解決半導體材料量子技術應用難題

2021年07月15日 11:38:59 來源: 安徽日報

    記者7月13日從中國科學技術大學獲悉,該校郭光燦院士團隊李傳鋒、許金時等人與匈牙利學者合作,在國際上首次實現單個碳化矽雙空位色心電子自旋在室溫環境下的高對比度讀出和相幹操控。這是繼金剛石氮空位色心後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光亮度的固態色心。該成果日前線上發表于《國家科學評論》,對于發展基于碳化矽這種成熟半導體材料的量子信息技術具有重要意義。

    固態自旋色心是量子資訊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、量子網絡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和器件整合工藝,人們開始關注其他半導體材料中的相似色心。其中碳化矽中的自旋色心,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),因其優異的光學和自旋性質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展的離子注入制備碳化矽缺陷色心的技術制備了雙空位色心陣列。進一步利用光探測磁共振技術,在室溫下實現單個雙空位色心的自旋相幹操控,並發現其中一類雙空位色心的自旋讀出對比度為30%,而且單光子發光亮度每秒可達150k個計數。這兩項重要指標相比碳化矽中硅空位色心均提升了一個數量級,第一次展現了碳化矽自旋色心在室溫下具有與金剛石氮空位色心相媲美的優良性質,並且單色心電子自旋在室溫下的相幹時間長達23微秒。研究團隊還實現了碳化矽色心中單個電子自旋與近鄰核自旋的耦合與探測,為下一步構建基于碳化矽自旋色心體係的室溫固態量子存儲與可擴展的固態量子網絡奠定基礎。

    《國家科學評論》審稿人認為,這一發現解決了碳化矽色心量子技術應用中的一個關鍵問題。(記者 陳婉婉 實習生 劉文鳳)

    

[責任編輯: 周雨濛 ]
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