PAM-XIAMEN puede suministrar obleas epitaxiales de SiC para la investigación del centro de color; puede encontrar más especificaciones enhttps://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-epitaxy.html. Cualquier duda, por favor contacte con el equipo comercial:victorchan@powerwaywafer.com.
El centro de color de espín de estado sólido es un sistema importante para el procesamiento de información cuántica, y su brillo de fluorescencia es un parámetro importante para aplicaciones cuánticas prácticas. El acoplamiento con micro/nanoestructuras de estado sólido para lograr una mejora de la fluorescencia de los centros de espín es un método comúnmente utilizado. Se han propuesto e implementado varias soluciones, incluido el procesamiento de lentes infiltrantes sólidas, nanobarras, anillos de ojo de buey, microcavidades de cristal fotónico y cavidades de fibra óptica. Sin embargo, todavía quedan muchos problemas desafiantes que abordar en esta dirección, como la susceptibilidad de las propiedades de giro del centro de color a procesos complejos de micro/nanofabricación y la dificultad para alinear los centros de color con micro/nanoestructuras.
1. Mejora de la fluorescencia de los centros de giro de SiC mediante plasmones
Los investigadores utilizan plasmones para mejorar la fluorescencia de los centros de espín del carburo de silicio. El grupo de investigación preparó películas delgadas de SiC con un espesor de aproximadamente 10 um mediante procesos como el pulido mecánico químico y utilizó tecnología de implantación de iones para preparar centros de color de doble vacante cerca de la superficie (aproximadamente 15 nm) en las películas. Posteriormente, se dio la vuelta a la fina película y se pegó sobre una oblea de silicio recubierta con guías de ondas de oro coplanares utilizando fuerzas de van der Waals. Esto permitió que la distancia entre el centro de color de la superficie cercana y la guía de ondas de oro cayera dentro del rango de los plasmones de la superficie, mejorando así la fluorescencia del centro de color.
En trabajos anteriores, el grupo de investigación descubrió por primera vez que un centro de color PL6 de doble vacante en carburo de silicio tiene un brillo de luminiscencia y un contraste de lectura de espín comparables a los centros de color NV de diamante a temperatura ambiente [Natl. Ciencia. Rev.9, nwab122 (2022)]. En este trabajo, se utilizó un objetivo con una apertura numérica de 0,85 y se utilizó el efecto de mejora de los plasmones de superficie para lograr una mejora de 7 veces el brillo de un único centro de color PL6; Además, utilizando un espejo de aceite con una apertura numérica de 1,3, la fluorescencia del centro de color puede superar el millón de cuentas por segundo. El equipo de investigación también utilizó tecnología de grabado de iones reactivos para regular el espesor de la película, controlando con precisión la distancia entre el centro de color de la superficie cercana y la guía de ondas coplanar, y estudiando el rango de acción óptimo. Además de generar plasmones de superficie, las guías de ondas de oro coplanares también se pueden utilizar para una radiación de microondas eficiente, lo que mejora en gran medida la eficiencia de la manipulación del espín. En comparación con los métodos tradicionales de radiación de microondas, las guías de ondas coplanares aumentan la frecuencia Rabi de un único centro de color PL6 14 veces con la misma potencia de microondas. La configuración experimental y los resultados se muestran en la Fig. 1.
Fig. 1 Configuración experimental y diagrama de resultados. (a) Diagrama esquemático de un dispositivo basado en mejora de plasmones superficiales; (b) Comparación de exploraciones de fluorescencia confocal con y sin regiones mejoradas (izquierda) de resonancia de plasmón; (c) Comparación de recuentos de fluorescencia saturada entre un único centro de color PL6 mejorado por plasmones y un único centro de color PL6 no mejorado en el material a granel; d) Comparación de las frecuencias de oscilación de Rabi medidas utilizando guías de ondas de oro y cables de cobre a diferentes potencias de microondas.
2.Rinvestigación sobreFloridafluorescenciaEmejoraMmecanismodel centro de color de giro único de SiC
El grupo de investigación también llevó a cabo una investigación en profundidad sobre el mecanismo de mejora de la fluorescencia. Al utilizar un modelo de tres niveles para ajustar la función de autocorrelación y medir la vida útil de la fluorescencia excitada no resonante, el grupo de investigación no solo verificó que los plasmones de superficie mejoran el brillo de la fluorescencia al aumentar la tasa de transición de radiación del nivel de energía del centro de color, sino que también encontraron que el efecto de extinción de los plasmones superficiales conduce a una disminución en el brillo de la fluorescencia del centro de color a medida que la distancia operativa disminuye gradualmente.
Este trabajo logra, por primera vez, la mejora del plasmón de la fluorescencia del centro de color del espín cercano a la superficie en películas delgadas de SiC. La preparación de guías de ondas de oro coplanares es sencilla, sin la necesidad de estructuras de mejora complejas ni procesos de alineación, y este método también es adecuado para mejorar la fluorescencia de otros centros de espín en carburo de silicio. Esta tecnología promoverá fuertemente la aplicación de materiales de SiC en el campo cuántico.
Para obtener más información, por favor contáctenos por correo electrónico avictorchan@powerwaywafer.comypowerwaymaterial@gmail.com.