シリコンウェーハはさまざまな研究に利用できます。詳細な仕様は次のとおりです。https://www.powerwaywafer.com/silicon-wafer.

シリコンは量子技術の成熟したプラットフォームであり、欠陥量子エミッターの統合において多くの利点があります。 最近の実験では、シリコン内に単一量子エミッターを実装することが可能であることが示されており、量子通信への応用が期待されています。 シリコン内の C センター (CiOi0 欠陥) は、通信用 L バンドで高い電子スピン状態を持っており、これにより、CMOS 互換技術を通じて炭素および酸素欠陥を含むスケーラブルな量子エミッターをシリコン内に作成することが可能になります。 しかし、電子構造特性と C 中心の発光源の理解が不足しているため、まだ量子ビットと見なすことはできません。 この研究では、電子スピンの量子状態を初期化して読み出すための量子光学プロトコルを確立し、電子スピンから隣接する29Si核スピンに量子情報を転送することで量子メモリを実装しました。

図1 Siの欠陥の幾何学的形状と電子構造

研究チームは、欠陥の重要なゼロ場分割（ZFS）パラメータを特定し、第一原理計算を使用して超微細軌道とスピン軌道の間の相互作用を計算しました。 著者は、三重電子スピン状態のコヒーレント操作と読み出しのためのスピン選択的光学周期を提案しており、これは磁気共鳴測定の光学検出に適している。 この研究では、シリコン内の C 中心のスピン相互作用を調査し、電子スピン量子ビットのコヒーレント動作のための重要なゼロ場分割値を発見しました。 彼らは、対称性によって許容されるスピン軌道結合を決定し、励起状態間の結合遷移を明らかにした。 この結果は、シリコン内の C 中心が通信ファイバーにおける量子通信のための単一光子源であるだけでなく、三重項状態で光学的に読み出すことができるスピン状態でもあることを示しています。

図2 模擬フォトルミネッセンススペクトル

この研究は、低温ナノスケールセンシングや量子通信アプリケーションなど、この欠陥を利用するいくつかの量子技術アプリケーションへの扉を開きます。

図 3 提案された量子プロトコル: C-Center ODMR の量子プロトコル。 赤と青の矢印は、それぞれ蛍光と燐光を示します。 青い破線の矢印は、リン光に対するスピン選択的 ISC の主な寄与を強調しています。 破線は、基底状態への弱い ISC を表します。 オレンジ色の線は、マイクロ波励起を使用したコヒーレントスピン制御に対応します。

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