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탄화규소(SiC)는 성숙한 관련 기술, 제어 가능한 p형 및 n형 도핑, 성숙한 나노 제조 기술을 갖춘 반도체입니다. 그러나 현재로서는 동적 디커플링 및 감지 과정을 위해 이중 공극 양자점의 일관성 특성, 감쇠 시간 T1 및 세로 스핀 완화 과정을 밝힐 필요가 있습니다.
연구팀은 4H-SiC에서 이중 공공 양자점의 스핀 완화 역학에 대한 체계적인 연구를 수행했습니다. 연구팀은 먼저 이중 공극 양자점의 국소 환경에서 서로 다른 스핀에 의해 발생하는 스핀 혼합의 자기장 의존성을 조사하고, 인접한 이중 공극 중심과 스핀 3/2 실리콘 공극 중심이 다중 이완 피크를 갖는 다중 이완 모드를 생성한다는 것을 입증했습니다. 서로 다른 자기장 의존성을 갖는 스핀 완화 모드는 개인 또는 이중 공극 양자점 그룹의 로컬 환경에 대한 광학적 수단을 통해 식별되고 연구될 수 있습니다.
그 후, 저자는 SiC에서 가장 관련성이 높은 스핀 결함의 자기장과 스핀 완화 시간 T1 사이의 농도 상관관계를 시뮬레이션했습니다. 고순도 샘플에서 스핀 완화에 대한 주요 비열적 기여는 29Si 핵 스핀 슬롯에서 나오며, 이는 GSLAC 공명에서 멀리 떨어진 저온에서 100ms에서 전체 평균 T1 시간을 최대화합니다. 인접한 핵 스핀 구성의 경우 자기장이 0인 경우 이완 시간을 40ms로 줄일 수 있습니다.
그림 1 쌍극자 스핀 완화 계산에 사용된 대략적인 값의 다이어그램
그림 2a. 29Si(짙은 파란색 선) 및 13C(연한 파란색 선) 핵 스핀으로 인한 이완; 비. 다양한 농도의 스핀-1/2 점 결함으로 인한 세로 스핀 완화율의 자기장 상관 관계.
29Si 스핀 슬롯의 제한된 스핀 완화 시간은 결맞음 보호 기능을 갖춘 이중 공극 양자점 부분공간의 결맞음 시간(64ms)과 동일하거나 훨씬 짧다는 점에 주목할 가치가 있습니다. 이 경우 세로 스핀 완화는 응집성 보호 하위 공간의 수명을 제한하는 주요 요인이 될 수 있습니다. 또한 저자는 상자성 점 결함으로 인한 양극성 스핀 완화가 이온 주입 샘플에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 입증했습니다. 본 연구에서 제공하는 분석식은 스핀 결함 농도가 알려진 주어진 샘플의 T1을 추정하는 데 사용할 수 있을 뿐만 아니라 이중 공극 양자점의 국부적 스핀 결함 농도를 추정하기 위해 실험적으로 측정된 T1을 분석하는 데에도 사용할 수 있습니다. 저자는 후자의 방법을 사용하여 N2 이온 주입 샘플에서 상자성 점 결함의 국부적 농도가 최대 4×1018센티미터-3, 최대 응집 시간은 약 0.5ms로, 이는 4H-SiC의 천연 동위원소 풍부도 1.3ms의 절반에 불과합니다.
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