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炭化ケイ素 (SiC) は、成熟した関連技術、制御可能な p 型および n 型ドーピング、および成熟したナノ製造技術を備えた半導体です。 しかし、現時点では、二重空孔量子ドットの動的デカップリングおよびセンシング過程のために、そのコヒーレンス特性、減衰時間T1、縦スピン緩和過程を解明する必要がある。
研究チームは、4H-SiC中の二重空孔量子ドットのスピン緩和ダイナミクスに関する系統的な研究を実施しました。 研究チームはまず、二重空孔量子ドットの局所環境における異なるスピンによって引き起こされるスピン混合の磁場依存性を調査し、隣接する二重空孔中心とスピン3/2シリコン空孔中心が複数の緩和ピークを持つ複数の緩和モードを生成することを実証した。 異なる磁場依存性を持つスピン緩和モードは、個々のまたは二重空孔量子ドットのグループの局所環境に対する光学的手段によって特定および研究することができます。
続いて、著者は、SiC 内の最も関連性の高いスピン欠陥の磁場とスピン緩和時間 T1 の間の濃度相関をシミュレーションしました。 高純度サンプルでは、スピン緩和に対する主な非熱的寄与は 29Si 核スピン スロットから来ており、GSLAC 共鳴から遠く離れた低温で 100 ms で全体の平均 T1 時間を最大化します。 隣接する核スピン配置の場合、ゼロ磁場下では緩和時間を 40 ms に短縮できます。
図1 双極子スピン緩和計算に用いた近似値の図
図２ａ． 29Si (濃い青の実線) および 13C (水色の実線) の核スピンによって引き起こされる緩和。 b. さまざまな濃度のスピン1/2点欠陥によって引き起こされる縦スピン緩和率の磁場相関。
29Si スピン スロットの制限されたスピン緩和時間は、デコヒーレンス保護を備えた二重空孔量子ドット部分空間のコヒーレンス時間 (64ms) と同等、またはそれよりも短いことは注目に値します。 この場合、縦スピン緩和が、コヒーレントに保護された部分空間の寿命を制限する主な要因である可能性があります。 さらに、著者は、常磁性点欠陥によって引き起こされる双極性スピン緩和がイオン注入サンプルに重大な影響を与える可能性があることも実証しました。 この研究で提供された分析式は、二重空孔量子ドットの局所的なスピン欠陥濃度を推定するために、既知のスピン欠陥濃度を持つ特定のサンプルの T1 を推定したり、実験的に測定された T1 を分析したりするために使用できます。 後者の方法を使用することにより、著者は、N2 イオン注入サンプルでは常磁性点欠陥の局所濃度が最大 4×10 に達する可能性があることを発見しました。18cm-3、最大コヒーレンス時間は約 0.5 ミリ秒ですが、これは 4H-SiC の天然同位体存在量の 1.3 ミリ秒の半分にすぎません。
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