4H-SiC-Wafer stehen für die Erforschung von Stickstoffvakanz-Farbzentren (NV) zur Verfügung. Für weitere Wafer-Informationen wenden Sie sich bitte an unser Vertriebsteam:victorchan@powerwaywafer.com

1. Hintergrund für die Quantensensorforschung an 4H-SiC

Die Quantensensortechnologie mit ihrer einzigartigen Fähigkeit, quantenmechanische Eigenschaften wie Quantenverschränkung und Quanteninterferenz zu nutzen, hat gezeigt, dass sie das Potenzial hat, klassische Sensoren bei der Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit und -empfindlichkeit zu übertreffen. Es verfügt über einen enormen Anwendungsbereich in den Bereichen Biomedizin und Geophysik (einschließlich Mineralexploration und Seismologie) und umfasst Mikroskope, Positionierungssysteme, Kommunikationstechnologie und Sensoren für elektromagnetische Felder. Darüber hinaus bietet die Quantensensortechnologie einzigartige Vorteile bei der Erkennung schwacher HF-Signale, was tiefgreifende Auswirkungen auf Anwendungen wie die Sicherheit hat.

Um eine effiziente Quantensensorik zu erreichen, müssen jedoch einige technische Herausforderungen bewältigt werden, etwa die Vorbereitung, der Betrieb und das Auslesen von Quantenzuständen sowie das Dekohärenzproblem, das durch die Wechselwirkung zwischen Quantensystemen und der Umgebung verursacht wird. In diesem Zusammenhang zeigen sich die einzigartigen Vorteile von Siliziumkarbid, da es mit herkömmlichen elektronischen Schaltkreisen kompatibel ist und über eine ausgereifte Produktions- und Dotierungstechnologie im industriellen Maßstab verfügt.

 2.Quantensensorforschung in SiC durch Nitrogen Vacancy Color Center

Kürzlich hat ein Forschungsteam eine innovative Methode zur Quantenerkennung unter Verwendung von Stickstoffleerstellen (NV)-Farbzentren in Siliziumkarbid vorgeschlagen, die die Erkennung schwacher Hochfrequenzsignale (RF) bei Raumtemperatur ermöglicht. Das Forschungsteam führte zunächst eine detaillierte Studie zu Schlüsselparametern wie Null-Phononenlinie (ZPL), Kohärenzzeit und Relaxationszeit von NV-Farbzentren in Siliziumkarbid durch und verglich diese Eigenschaften mit den entsprechenden Eigenschaften von NV-Farbzentren in Diamant. Sie fanden heraus, dass der ZPL des NV-Farbzentrums in Siliziumkarbid im nahen Infrarotbereich liegt und gut mit dem Glasfaser-Kommunikationsband übereinstimmt. Obwohl die Kohärenzzeit von NV-Farbzentren in Siliziumkarbid durch Kernspinbad und elektronisches Rauschen beeinflusst wird, kann ihre Kohärenzzeit durch den Einsatz dynamischer Entkopplungstechnologie erheblich verbessert werden.

Durch die Einführung der dynamischen Entkopplungstechnologie (XY8-N-Pulssequenz) konnten sie die Kohärenzzeit von NV-Farbzentren in Siliziumkarbid erfolgreich um das Zehnfache verlängern und erreichten 28,1 Mikrosekunden. Anschließend erreichten sie mit Methoden der Korrelationsspektroskopie eine spektrale Auflösung von 10 kHz bei einer Frequenz von etwa 900 kHz. Das Forschungsteam führte darüber hinaus die synchrone Auslesetechnologie ein, was zu einer erheblichen Verbesserung der spektralen Auflösung führte, die sich um das Tausendfache auf 0,01 kHz erhöhte.

Abb. 1 Korrelationsspektren der Quantensensorik auf Basis von SiC

Diese Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für den Bereich der Quantensensorik, insbesondere bei der präzisen Erkennung von Hochfrequenzsignalen. Mittlerweile hat der Ansatz des Forschungsteams auch einen neuen Weg für SiC-Halbleiter als Quantensensorplattform eröffnet.

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