L'USTC améliore la luminosité de fluorescence des centres de couleur de spin de carbure de silicium unique
par Staff Writers
Pékin, Chine (SPX) 09 juin 2023
Dans une étude publiée en ligne dans Nano Letters, l'équipe dirigée par le professeur LI Chuanfeng et le Dr XU Jinshi de l'Université des sciences et technologies de Chine de l'Académie chinoise des sciences a fait des progrès dans l'amélioration de la fluorescence des défauts de spin uniques du carbure de silicium. Les chercheurs ont exploité les plasmons de surface pour augmenter considérablement la luminosité de fluorescence des centres de couleur PL6 à double vide en carbure de silicium unique, ce qui a permis d'améliorer l'efficacité du contrôle du spin en utilisant les propriétés des guides d'ondes coplanaires. Cette méthode peu coûteuse ne fait pas appel à une technologie de traitement micro-nano complexe et ne compromet pas les propriétés de cohérence des centres de couleur.
Les centres de couleur de spin dans les systèmes à l'état solide sont cruciaux pour le traitement de l'information quantique, et la luminosité de leur fluorescence est un paramètre essentiel pour les applications quantiques pratiques. Traditionnellement, l'amélioration de la fluorescence des centres de couleur de spin implique de les coupler avec des micro-nanostructures à l'état solide, une méthode courante englobant divers schémas tels que la fabrication de lentilles à immersion solide, de nanopiliers, de structures en œil de bœuf, de microcavités à cristaux photoniques et de cavités à fibres.
Néanmoins, des défis subsistent tels que la sensibilité des propriétés de rotation des centres de couleur aux processus de fabrication micro-nano complexes et la difficulté d'aligner des centres de couleur spécifiques avec des structures micro-nano.
Pionnière d'une nouvelle approche, l'équipe a utilisé des plasmons pour améliorer la fluorescence des centres de spin dans le carbure de silicium. Les chercheurs ont préparé un film mince de carbure de silicium d'environ 10 micromètres d'épaisseur par polissage chimique et mécanique. Ils ont utilisé la technologie d'implantation ionique pour créer des centres de couleur de divacance près de la surface dans le film.
Le film a été retourné et adhéré à une plaquette de silicium recouverte d'un guide d'ondes coplanaire en or, en utilisant les forces de van der Waals. Ce positionnement a permis aux centres de couleur proches de la surface d'être sous l'influence des plasmons de surface du guide d'ondes en or, améliorant ainsi la fluorescence des centres de couleur.
Avec une lentille d'objectif (avec une ouverture numérique de 0.85) et l'effet d'amélioration des plasmons de surface, les chercheurs ont multiplié par sept la luminosité d'un seul centre de couleur PL6. Avec une lentille à huile avec une ouverture numérique de 1.3, la fluorescence du centre de couleur dépassait un million de coups par seconde.
En outre, les chercheurs ont réussi à manipuler avec précision la distance entre le centre de couleur proche de la surface et le guide d'ondes coplanaire en ajustant l'épaisseur du film avec un processus de gravure ionique réactive, ce qui leur a permis d'étudier la plage de fonctionnement optimale.
Outre la génération de plasmons de surface, le guide d'ondes coplanaire en or peut être utilisé pour émettre efficacement des micro-ondes, améliorant considérablement l'efficacité du contrôle du spin. Le guide d'ondes coplanaire a augmenté la fréquence Rabi d'un seul centre de couleur PL6 de 14 fois sous la même puissance micro-ondes par rapport à celle des méthodes conventionnelles de rayonnement micro-ondes.
De plus, les chercheurs ont étudié le mécanisme d'amélioration de la fluorescence. En ajustant la fonction d'autocorrélation à l'aide d'un modèle à trois niveaux et en mesurant la durée de vie de la fluorescence d'excitation non résonnante, ils ont confirmé que les plasmons de surface amélioraient la luminosité de la fluorescence en augmentant le taux de transition radiative du niveau d'énergie du centre de couleur. Ils ont également découvert qu'à mesure que la distance d'interaction diminuait, l'effet d'extinction des plasmons de surface entraînait une diminution de la luminosité de fluorescence du centre de couleur.
Ce travail marque la première mise en œuvre de la fluorescence améliorée par le plasmon à partir de centres colorés de spin proches de la surface dans des films de carbure de silicium. La préparation du guide d'ondes coplanaire en or est simple, sans structures complexes d'amélioration ni processus d'alignement. Cette méthode améliore également la fluorescence d'autres centres de couleur de spin dans le carbure de silicium, ce qui représente une avancée significative dans l'application des matériaux de carbure de silicium au domaine de la science quantique.
Rapport de recherche:Défauts de spin uniques brillants améliorés par plasmonique dans les membranes de carbure de silicium
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Université des sciences et de la technologie de Chine
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- La source: https://www.spacedaily.com/reports/USTC_enhances_fluorescence_brightness_of_single_silicon_carbide_spin_color_centers_999.html
