Nanotechnology Now - プレスリリース: USTC、単一炭化ケイ素スピンカラーセンターの蛍光輝度を強化

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要約：
Nano Letters にオンライン掲載された研究では、中国科学院中国科学技術大学の LI Chuanfeng 教授と XU Jinshi 博士が率いるチームが、単一炭化ケイ素スピン欠陥の蛍光を増強するという進歩を遂げました。研究者らは、表面プラズモンを利用して単一炭化ケイ素二重空孔PL6色中心の蛍光輝度を著しく高め、コプレーナ導波路の特性を利用したスピン制御の効率の向上につながった。この低コストの方法は、複雑なマイクロ・ナノ処理技術を必要とせず、カラーセンターのコヒーレンス特性を損なうこともありません。

USTC は単一炭化ケイ素スピンカラーセンターの蛍光輝度を向上させます

合肥市、中国 | 投稿日: 9 年 2023 月 XNUMX 日

固体システムのスピンカラーセンターは量子情報処理にとって重要であり、その蛍光の明るさは実際の量子アプリケーションにとって重要なパラメーターです。従来、スピンカラーセンターの蛍光を増強するには、スピンカラーセンターを固体マイクロナノ構造と結合させる必要があり、固浸レンズ、ナノピラー、ブルズアイ構造、フォトニック結晶マイクロキャビティ、ファイバーキャビティの製造などのさまざまなスキームを含む一般的な方法です。それにもかかわらず、色中心のスピン特性が複雑なマイクロ・ナノ製造プロセスに影響されやすいこと、特定の色中心をマイクロ・ナノ構造と位置合わせすることが困難であることなどの課題が残っている。

新しいアプローチの先駆者として、チームはプラズモンを使用して炭化ケイ素のスピン中心の蛍光を増強しました。研究者らは、化学的および機械的研磨によって厚さ約10マイクロメートルの炭化ケイ素薄膜を作製した。彼らはイオン注入技術を使用して、フィルム内に表面近くの二空孔カラーセンターを作成しました。ファンデルワールス力を利用して、フィルムを裏返し、コプレーナ金導波路でコーティングされたシリコンウェハに貼り付けました。この配置により、表面近くの色中心が金導波路の表面プラズモンの影響を受けることが可能になり、それによって色中心の蛍光が増強されました。

対物レンズ（開口数0.85）と表面プラズモンの増強効果により、研究者らは単一のPL6カラーセンターの輝度を1.3倍に増強することを達成した。開口数 XNUMX のオイルレンズを使用すると、カラーセンターの蛍光は XNUMX 秒あたり XNUMX 万カウントを超えました。

さらに、研究者らは反応性イオンエッチングプロセスで膜厚を調整することで、表面近傍のカラーセンターとコプレーナ導波路の間の距離を正確に操作することに成功し、最適な動作範囲を研究することができた。表面プラズモンの生成とは別に、コプレーナ金導波路を使用してマイクロ波を効率的に放射することができ、スピン制御の効率が大幅に向上します。コプレーナ導波管は、従来のマイクロ波放射方法と比較して、同じマイクロ波出力下で単一の PL6 カラーセンターのラビ周波数を 14 倍増加させました。

さらに、研究者らは蛍光増強のメカニズムを調査した。 XNUMX準位モデルを使用して自己相関関数をフィッティングし、非共鳴励起蛍光寿命を測定することにより、表面プラズモンが色中心エネルギー準位の放射遷移率を増加させることによって蛍光輝度を高めることを確認しました。彼らはまた、相互作用距離が減少すると、表面プラズモンの消光効果により色中心の蛍光輝度が減衰することも発見した。

この研究は、炭化ケイ素膜の表面近くのスピンカラーセンターからのプラズモン増強蛍光の最初の実装を示しています。コプレーナ金導波路の準備は、複雑な強化構造や位置合わせプロセスを必要とせずに簡単です。この方法は、炭化ケイ素の他のスピンカラー中心の蛍光も強化し、炭化ケイ素材料を量子科学の分野に応用する際の重要な前進を示しています。

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コンタクト：
ジェーン・ファン
中国科学技術大学

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