PAM-XIAMEN er i stand til at forsyne dig med siliciumskiver til optiske undersøgelser, se merehttps://www.powerwaywafer.com/silicon-wafer.

Det globale kvanteinternet har brug for en lang levetid, telekommunikationsbånds fotonisk materialegrænseflade, der kan fremstilles i stor skala. Det foreløbige kvantenetværk baseret på fotonstof-grænseflader, der opfylder disse delmængder af behov, opmuntrer til bestræbelser på at finde nye højtydende alternativer. Silicium er det ideelle emne til solid-state kvanteteknologi i kommerciel skala. Det er allerede en avanceret platform i den globale integrerede fotonik- og mikroelektronikindustri, og den har en rekordslået langtidsholdbar spin-kvantebit. Selvom siliciumkvanteplatforme har et stort potentiale, forbliver optisk detektion af fotonspin-grænsefladen på siliciumbaserede materialer uhåndgribelig.

1. Integration ogOptiskCudgang af T-Cgår indSilicon

T-centret er strålingsskadecentret i silicium, der består af to carbonatomer, et brintatom og en uparret elektron (fig. 1a). Ved 935,1 meV (1326 nm) er der en nul phonon line (ZPL) optisk overgang, og T-centret er et af de kendte siliciumstrålingsskadecentre, der udsender lys i det nær-infrarøde kommunikationsbånd.

Måling af T-centerensemblet i isotopberiget 28Si afslørede en exciteret tilstandslevetid på 940 ns og en overgangslinjebredde så lav som 33 MHz. T-center grundtilstanden har ikke-elektron spin og hyperfint koblet brint nuklear spin. Grundtilstandselektronerne og brintkernespin er begge langlivede med kohærenstider større end henholdsvis 2,1 ms og 1,1 s i 28Si. I den optiske exciterede tilstand af den bundne exciton danner to elektroner en singlettilstand, og faldet i defektsymmetri opdeler hultilstanden i to spin-dobbelttilstande, mærket henholdsvis TX0 og TX1 (fig. 1b). Under påvirkning af et statisk magnetfelt opdeles TX0 ZPL i fire spin-relaterede overgange.

Dette arbejde forbereder først T-centre i industrielle standard SOI-chips. Som vist i fig. 1c dominerer T-center fotoluminescens (PL) prøvens spektrum. For at opnå rumlig opløsning af et enkelt T-center blev eksperimenter udført i et selvfremstillet SOI enhedslag 4.3(3)K lavtemperatur konfokalmikroskop. Fig. Id viser det simulerede felt af dipolemitteren i midten af ​​mikrobacken, orienteret i indretningsplanet. Dette arbejde anslår, at i umodelleret SOI øges styrken af ​​ZPL med op til 58 gange i forhold til centeret.

Fig. 1 Integration og optisk kobling af T-center

2. Siliciumbaseret center

Den konfokale PLE afslører beviser for, at et enkelt T-center kan adresseres. Denne undersøgelse udvalgte en gruppe mikropuck med en radius på 305 nm (fig. 2a), og målte derefter PLE-spektret for hver mikropuck inden for 776μeV-området omkring bulk TX0 ZPL. Tre eksempler på enkelt tryk PLE-spektre er vist i fig. 2b. Hvert PLE-spektrum indeholder en lille mængde (i gennemsnit 1,1) af smalle resonanser samplet fra større uensartede fordelinger.

Fig. 2c viser positionen og linjebredden af ​​T-center ZPL-toppen i de 144 mikrorevner i fig. 2a. Fordelingen af ​​ZPL-toppe er forårsaget af ændringer i de lokale isotoper og stammemiljøet for hver defekt. Denne ujævne fordeling har et bredere område og er lidt forskudt fra den ikke-grafiske SOI ZPL (som vist i fig. 1c).

Dette arbejde fandt, at i alvorligt beskadigede og uoptimerede materialer er den samlede spektrale diffusion af udvælgelsescentret mindre end 400 MHz. Overfladeoptimering, elektrostatisk kontrol og lavere injektionsskader har alle vist sig at reducere miljøstøj og spektral spredning af andre farvecentre betydeligt, og lignende teknikker kan også anvendes til dette system.

Fig. 2 Siliciumbaseret center

3. SiliciumBasedSingleSpin OptiskIinitialisering ogReadout

I fig. 3a-c præsenterer dette arbejde de dobbeltfarvede PLE-spektre af tre T-centre ekstraheret fra mikrobobler med en radius på 305 nm. ZPL-opdelingen af ​​hver TX0 er forskellig, hvilket afspejler forskellige orienteringer. T-center 1 har næsten degenererede B- og C-overgange, hvor hver laser uafhængigt driver kontinuerlig fluorescens.

I modsætning hertil var B- og C-overgangene af T-center 2 godt løst under opdelingen af ​​1 GHz. Den klareste fluorescens genereres af en kombination af to farver, hvor laseren afstemmes og giver genklang med henholdsvis B- og C-overgangene. BC-opdelingen af ​​T-center 3 er kun 0,7 GHz, men de to AD-resonanser er stadig godt løst.

Efter at have bekræftet, at disse er enkelte spins, er næste trin i dette arbejde at udføre optisk initialisering og aflæsning af spin-tilstanden og måle spin-levetiden (T1). Den optiske pulssekvens vist i fig. 3f behandlede B- og C-overgangene af T-center 3. Når ventetiden nærmer sig 1 ms, genereres asymmetriske transientlevetider på 0,85 (6) og 1,2 (1) ms for B (orange). henholdsvis C (blå) læseimpulser. I fremtidigt arbejde vil mere optisk ekstinktion forlænge den målbare spin-levetid.

Fig. 3 Enkeltspin optisk initialisering og udlæsning

Dette arbejde integrerer individuelt adresserbare T-center fotonspin-qubits i fotoniske siliciumstrukturer og karakteriserer deres spin-relaterede optiske overgange i telekommunikationsbåndet. Et integreret T-center med en langsigtet optisk linjebredde på under 400 MHz under 2,5 K blev målt. Gennem procesudvikling, elektrostatisk konstruktion og dynamisk styring blev den langsigtede optiske linjebredde af mange emittere forbedret. Denne forskningsresultat giver en direkte mulighed for at konstruere et silicium integreret telekommunikationsbånd kvanteinformationsnetværk.

For mere information, kontakt os venligst e-mail påvictorchan@powerwaywafer.com og powerwaymaterial@gmail.com.