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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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中國科大實(shí)現(xiàn)通訊波段碳化硅色心的室溫自旋操控

2020-06-04 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

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語音播報(bào)

　　具有通訊波段熒光和可調(diào)控自旋的固態(tài)色心體系是遠(yuǎn)距離量子中繼和分布式量子計(jì)算的重要平臺。碳化硅色心自旋操控是近幾年新興的研究方向。碳化硅是一種應(yīng)用廣泛的寬禁帶半導(dǎo)體材料，有成熟的生長和微納加工藝以及摻雜技術(shù)，并且晶型多樣，可供研究的色心類型非常豐富。而且在相同條件下碳化硅色心自旋的相干時(shí)間要比金剛石NV色心的長?；谔蓟枭淖孕牧孔悠骷诌m合光電集成以及產(chǎn)業(yè)化。

　　目前碳化硅中主要研究的自旋色心有硅空位色心（缺失一個(gè)硅原子）和雙空位色心（缺失硅原子和近鄰的碳原子），然而它們的熒光光譜只是處于近紅外波段。最近的研究發(fā)現(xiàn)碳化硅中存在帶負(fù)電的NV色心（一個(gè)碳原子被氮原子取代同時(shí)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(zhì)和單個(gè)NV色心的可控制備尚缺乏相關(guān)報(bào)道。

　　研究組通過優(yōu)化注入條件和退火溫度實(shí)現(xiàn)了碳化硅中NV色心濃度的6倍增強(qiáng)，從而有效地排除了其他色心的干擾。在此基礎(chǔ)上，研究組實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)了室溫自旋相干操縱，其相干時(shí)間T2達(dá)到17.1 μs。而且發(fā)現(xiàn)其退相位時(shí)間T2*隨著注入劑量的增加而降低。研究組還進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了單個(gè)NV色心陣列的制備和光探測磁共振譜的檢測。本實(shí)驗(yàn)為利用加工技術(shù)成熟的碳化硅材料中的NV色心實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展量子信息處理奠定了重要基礎(chǔ)。

　　該工作得到審稿人的高度評價(jià)：“這是第一篇關(guān)于室溫的碳化硅中NV色心報(bào)道，尤其是觀測和證明了單個(gè)NV色心”，“我認(rèn)為這些結(jié)果意義重大，將會(huì)引起很多研究色心體系的量子信息物理學(xué)家的興趣?！痹摴ぷ鞅幻绹锢韺W(xué)家組織網(wǎng)Phys.org 以Manufacturing-friendly SiC boasts quantum credentials at telecom wavelengths 為題專題報(bào)道。

　　中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授李傳鋒、許金時(shí)為論文共同通訊作者，副研究員王俊峰為論文第一作者。該工作得到科技部、國家基金委、中科院、安徽省以及中國科大的資助。

　　論文鏈接

　　圖(a) 碳化硅NV色心系綜的室溫光探測磁共振譜, (b) 碳化硅NV色心系綜的室溫自旋回波, (c) 碳化硅材料中單NV色心陣列的熒光成像圖, (d) 單個(gè)NV色心的光探測磁共振譜（插圖是單個(gè)NV色心發(fā)光的二階關(guān)聯(lián)函數(shù)，展示了單光子發(fā)光特性）。

　　中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊(duì)在碳化硅色心自旋操控研究中取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、許金時(shí)、王俊峰等人與其合作者在國際上首次實(shí)現(xiàn)了碳化硅中氮-空位（NV）色心的室溫相干操縱，并且實(shí)現(xiàn)了單個(gè)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(fā)光波長在通訊波段，在量子通信和量子網(wǎng)絡(luò)中具有重要用途。該成果于6月1日發(fā)表于國際物理學(xué)期刊《物理評論快報(bào)》，并被美國物理學(xué)家組織網(wǎng)Phys.org專題報(bào)道。
　　具有通訊波段熒光和可調(diào)控自旋的固態(tài)色心體系是遠(yuǎn)距離量子中繼和分布式量子計(jì)算的重要平臺。碳化硅色心自旋操控是近幾年新興的研究方向。碳化硅是一種應(yīng)用廣泛的寬禁帶半導(dǎo)體材料，有成熟的生長和微納加工藝以及摻雜技術(shù)，并且晶型多樣，可供研究的色心類型非常豐富。而且在相同條件下碳化硅色心自旋的相干時(shí)間要比金剛石NV色心的長?；谔蓟枭淖孕牧孔悠骷诌m合光電集成以及產(chǎn)業(yè)化。
　　目前碳化硅中主要研究的自旋色心有硅空位色心（缺失一個(gè)硅原子）和雙空位色心（缺失硅原子和近鄰的碳原子），然而它們的熒光光譜只是處于近紅外波段。最近的研究發(fā)現(xiàn)碳化硅中存在帶負(fù)電的NV色心（一個(gè)碳原子被氮原子取代同時(shí)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(zhì)和單個(gè)NV色心的可控制備尚缺乏相關(guān)報(bào)道。
　　研究組通過優(yōu)化注入條件和退火溫度實(shí)現(xiàn)了碳化硅中NV色心濃度的6倍增強(qiáng)，從而有效地排除了其他色心的干擾。在此基礎(chǔ)上，研究組實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)了室溫自旋相干操縱，其相干時(shí)間T2達(dá)到17.1 μs。而且發(fā)現(xiàn)其退相位時(shí)間T2*隨著注入劑量的增加而降低。研究組還進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了單個(gè)NV色心陣列的制備和光探測磁共振譜的檢測。本實(shí)驗(yàn)為利用加工技術(shù)成熟的碳化硅材料中的NV色心實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展量子信息處理奠定了重要基礎(chǔ)。
　　該工作得到審稿人的高度評價(jià)：“這是第一篇關(guān)于室溫的碳化硅中NV色心報(bào)道，尤其是觀測和證明了單個(gè)NV色心”，“我認(rèn)為這些結(jié)果意義重大，將會(huì)引起很多研究色心體系的量子信息物理學(xué)家的興趣?！痹摴ぷ鞅幻绹锢韺W(xué)家組織網(wǎng)Phys.org 以Manufacturing-friendly SiC boasts quantum credentials at telecom wavelengths 為題專題報(bào)道。
　　中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授李傳鋒、許金時(shí)為論文共同通訊作者，副研究員王俊峰為論文第一作者。該工作得到科技部、國家基金委、中科院、安徽省以及中國科大的資助。
　　論文鏈接
　　圖(a) 碳化硅NV色心系綜的室溫光探測磁共振譜, (b) 碳化硅NV色心系綜的室溫自旋回波, (c) 碳化硅材料中單NV色心陣列的熒光成像圖, (d) 單個(gè)NV色心的光探測磁共振譜（插圖是單個(gè)NV色心發(fā)光的二階關(guān)聯(lián)函數(shù)，展示了單光子發(fā)光特性）。

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