Prof. Li Chuanfeng, Prof. Xu Jinshi och deras kollegor från prof. Guo Guangcans grupp vid University of Science and Technology of China (USTC) vid Chinese Academy of Sciences (CAS), insåg högkontrastavläsningen och koherent manipulation av en enda kiselkarbidavsöndringsfärgcenters elektroncentrifugering vid rumstemperatur för första gången. De arbetade i samarbete med prof. Adam Gali, från Wigner Research Center for Physics i Ungern. Detta arbete publicerades i National Science Review den 5 juli, 2021.

Solid-centrifugeringsfärgcentra är av yttersta vikt vid många tillämpningar av kvantteknik, främst kväve-vakans (NV) centrum i diamant. Sedan upptäckten av enskilda NV-defektcentra i diamant med rumstemperatur rapporterades 1997, NV -centren i diamant har tillämpats på mångsidiga fält, inklusive kvantberäkning, kvantnätverk och kvantavkänning.

Nyligen, att dra nytta av mer mogen materialbearbetning och teknik för integrering av enheter, forskare söker liknande färgcentra i andra halvledarmaterial. Bland dem, centrifugeringsfärgen i kiselkarbid, inklusive lediga kisel (saknar en kiselatom) och avhopp (saknar en kiselatom och en intilliggande kolatom), har väckt stort intresse på grund av utmärkta optiska egenskaper och spinnegenskaper.

Dock, den typiska avläsningskontrasten via rumstemperatur koherent manipulation av de enda kisel-vakansfärgcentren är bara 2%, och fotonräknefrekvensen är också så låg som 10 kilos räkningar per sekund. Dessa brister begränsar den praktiska tillämpningen av den koherenta manipulationen av de enda kisel -vakansfärgcentra vid rumstemperatur.

Forskare från USTC implanterade defektfärgcentra i SiC med sin jonimplantationsteknik för att tillverka en divacancy -färgcentral. De uppnådde spin-koherent manipulation av färgcentret för enkel avvikelse vid rumstemperatur med den optiskt detekterade magnetiska resonansen (ODMR), på samma gång, de fann att en typ av avvikande färgcentra (kallad PL6) hade en 30% centrifugering av centrifugering, vars utsläppshastighet för enfoton var upp till 150 kilo per sekund.

Dessa två viktiga parametrar är en storleksordning högre än kisel vakans färg centrum i SiC. För första gången, centrifugeringsfärgen i SiC visade utmärkta egenskaper jämförbara med diamant NV -färgcentret vid rumstemperatur. Framförallt, koherenstiden för elektronspinnet vid rumstemperatur förlängdes till 23 mikrosekunder. Dessutom, forskargruppen insåg också kopplingen och upptäckten av ett enda elektronspinn och ett närliggande kärnsnurr i SiC -färgcentra.

Detta arbete lägger grunden för att bygga rumstemperatur solid-state kvantlagring och skalbara solid-state kvantnätverk som är baserade på SiC spin-färgcentersystemet. Det är viktigt för nästa generation av hybridkvantanordningar att integrera snurrfel med hög avläsningskontrast och hög fotonantal i högpresterande SiC-elektronenheter.