PAM-XIAMEN은 광학 연구용 실리콘 웨이퍼를 제공할 수 있습니다. 자세한 내용은 다음을 참조하십시오.https://www.powerwaywafer.com/silicon-wafer.

글로벌 양자인터넷에는 대규모로 제조할 수 있는 장수명의 통신대역 광물질 인터페이스가 필요하다. 이러한 요구 사항의 하위 집합을 충족하는 광자 물질 인터페이스를 기반으로 하는 예비 양자 네트워크는 새로운 고성능 대안을 찾기 위한 노력을 장려하고 있습니다. 실리콘은 상업적 규모의 고체 양자 기술에 이상적인 주제입니다. 이미 글로벌 통합 포토닉스 및 마이크로일렉트로닉스 산업의 첨단 플랫폼이며, 기록적인 장수명 스핀 양자 비트를 보유하고 있습니다. 실리콘 양자 플랫폼은 큰 잠재력을 갖고 있지만 실리콘 기반 재료의 광자 스핀 인터페이스를 광학적으로 감지하는 것은 여전히 ​​어렵습니다.

1. 통합 및O광학CT-의 결합C안으로 들어간다S일리콘

T-중심은 실리콘의 방사선 손상 중심으로, 탄소 원자 2개, 수소 원자 1개, 짝을 이루지 않은 전자 1개로 구성됩니다(그림 1a). 935.1meV(1326nm)에서는 ZPL(Zero Phonon Line) 광학 전이가 있으며 T 중심은 근적외선 통신 대역에서 빛을 방출하는 알려진 실리콘 방사선 손상 중심 중 하나입니다.

동위원소가 풍부한 28Si에서 T 중심 앙상블을 측정하면 여기 상태 수명이 940ns이고 전이 선폭이 33MHz만큼 낮은 것으로 나타났습니다. T 중심 바닥 상태에는 전자 스핀이 없고 초미세 결합 수소 핵 스핀이 있습니다. 바닥 상태 전자와 수소 핵 스핀은 둘 다 수명이 길고, 일관성 시간은 28Si에서 각각 2.1ms와 1.1s보다 큽니다. 결합된 엑시톤의 광학 여기 상태에서 두 개의 전자는 단일항 상태를 형성하고 결함 대칭의 감소는 홀 상태를 각각 TX0 및 TX1로 표시된 두 개의 스핀 이중 상태로 분할합니다(그림 1b). 정자기장의 작용에 따라 TX0 ZPL은 4개의 스핀 관련 전이로 분할됩니다.

이 작업은 먼저 산업 표준 SOI 칩에서 T-센터를 준비합니다. 그림 1c에서 볼 수 있듯이 T 중심 광발광(PL)이 샘플의 스펙트럼을 지배합니다. 단일 T 센터의 공간 분해능을 달성하기 위해 자체 제작된 SOI 장치 레이어 4.3(3)K 저온 공초점 현미경에서 실험을 수행했습니다. 그림 1d는 마이크로백 중앙에 있는 쌍극자 방출기의 시뮬레이션된 필드를 보여주며, 장치 평면을 향하고 있습니다. 이 연구에서는 모델링되지 않은 SOI에서 ZPL의 강도가 중앙에 비해 최대 58배 증가한 것으로 추정합니다.

그림 1 T-center의 통합 및 광학적 결합

2. 실리콘 기반 센터

공초점 PLE는 단일 T 센터를 다룰 수 있다는 증거를 보여줍니다. 본 연구에서는 반경 305nm의 마이크로퍽 그룹을 선택한 다음(그림 2a), 벌크 TX0 ZPL 주변의 776μeV 범위 내에서 각 마이크로퍽에 대한 PLE 스펙트럼을 측정했습니다. 단일 푸시 PLE 스펙트럼의 세 가지 예가 그림 2b에 나와 있습니다. 각 PLE 스펙트럼에는 더 큰 비균일 분포에서 샘플링된 소량(평균 1.1)의 좁은 공진이 포함되어 있습니다.

그림 2c는 그림 2a의 144개 미세 균열에서 T-중심 ZPL 피크의 위치와 선폭을 보여줍니다. ZPL 피크의 분포는 각 결함의 국소 동위원소 및 변형 환경의 변화로 인해 발생합니다. 이 고르지 않은 분포는 더 넓은 범위를 가지며 비그래픽 SOI ZPL(그림 1c 참조)에서 약간 오프셋됩니다.

이 연구는 심각하게 손상되고 최적화되지 않은 재료에서 선택 중심의 전체 스펙트럼 확산이 400MHz 미만이라는 것을 발견했습니다. 표면 최적화, 정전기 제어 및 낮은 주입 손상은 모두 환경 소음과 다른 색상 센터의 스펙트럼 확산을 크게 줄이는 것으로 입증되었으며 유사한 기술을 이 시스템에도 적용할 수 있습니다.

그림 2 실리콘 기반 센터

3. 실리콘B애시드S화롯불S핀O광학I초기화 및R외야

그림 3a-c에서 이 작업은 반경 305nm의 미세 기포에서 추출된 3개 T 중심의 이중 색상 PLE 스펙트럼을 나타냅니다. 각 TX0의 ZPL 분할은 서로 다르며 이는 서로 다른 방향을 반영합니다. T-센터 1은 거의 퇴화된 B 및 C 전이를 가지며, 각 레이저는 독립적으로 지속적인 형광을 유도합니다.

대조적으로, T-center 2의 B 및 C 전이는 1GHz 분할에서 잘 해결되었습니다. 가장 밝은 형광은 두 가지 색상의 조합에 의해 생성되며, 레이저는 각각 B 및 C 전이와 이조되고 공명합니다. T-center 3의 BC 분할은 0.7GHz에 불과하지만 두 AD 공진은 여전히 ​​잘 해결되었습니다.

이것이 단일 스핀임을 확인한 후, 이 작업의 다음 단계는 광학적 초기화 및 스핀 상태 판독을 수행하고 스핀 수명(T1)을 측정하는 것입니다. 그림 3f에 표시된 광 펄스 시퀀스는 T-center 3의 B 및 C 전이를 처리했습니다. 대기 시간이 1ms에 가까워지면 B(주황색)에 대해 0.85(6) 및 1.2(1)ms의 비대칭 과도 수명이 생성됩니다. 및 C(파란색) 판독 펄스입니다. 향후 연구에서는 더 많은 광학 소멸이 측정 가능한 스핀 수명을 연장할 것입니다.

그림 3 단일 스핀 광학 초기화 및 판독

이 연구는 개별적으로 주소를 지정할 수 있는 T 중심 광자 스핀 큐비트를 실리콘 광자 구조에 통합하고 통신 대역에서 스핀 관련 광학 전이를 특성화합니다. 2.5K 미만의 400MHz 미만 장기 광학 선폭을 갖는 장치 통합 T-센터가 측정되었습니다. 프로세스 개발, 정전기 공학 및 동적 제어를 통해 많은 이미터의 장기적인 광학 선폭이 개선되었습니다. 이번 연구 성과는 실리콘 통합 통신 대역 양자정보 네트워크 구축에 직접적인 기회를 제공한다.

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