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物理学家研发出碳化硅(SiC)色心的“配方”

关键词 SIC , 量子通信|2018-10-08 10:00:44|国际资讯|来源 材料科技在线
摘要 质子辐照通过顶部的石墨烯层传递到底部的绿色SiC基底,在SiC晶体中产生光致缺陷碳化硅(SiC)是一种以磨料、汽车制动器和高温电力电子应用而闻名的材料,日前因其在量子技术方面的潜力...

       

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       质子辐照通过顶部的石墨烯层传递到底部的绿色SiC基底,在SiC晶体中产生光致缺陷

       碳化硅(SiC)是一种以磨料、汽车制动器和高温电力电子应用而闻名的材料,日前因其在量子技术方面的潜力而重新受到关注。它能容纳光致缺陷-亦称色心,成为量子计算构建模块的有力候选材料。

       如今,一组研究人员开发出一系列“配方”,物理学家们可使用它在SiC内创造出所需光学性能的特定种类的缺陷。在第一次系统性探索色心时,小组使用质子辐射技术在SiC中心产生色心。他们调整质子剂量和温度以找到可靠产生所需类型色心的合适条件,研究成果发表于《Applied Physics Letters》。

       SiC晶体晶格中的原子缺陷产生可以发射具有独特光谱特征的光子的色心,SiC中的色心可以在室温下发射光谱,但其他可用于量子计算的材料需要低温环境。随着人们在创造越来越小的设备的持续努力,原子级传感器以及单光子发射器已不再遥远,SiC集成电路技术的能力使得该材料成为出色的候选者。

       为了制造这些缺陷,Michael Krieger和他的同事们用质子轰击SiC样品,然后加热退火SiC,Michael Krieger说:“轰击对SiC晶体结构造成了很大的破坏,然而在退火过程中晶体结构会部分恢复,也会形成一些缺陷,部分缺陷就是所需的色心。

       为了确定他们的“配方”与通常半导体技术相容,团队选用质子辐照。另外,此法不像其他色心创造法技术那样需要电子加速器或核反应。

       使用不同剂量和退火温度的数据表明,SiC中产生的缺陷遵循一种模式。最初质子在晶体中主要产生硅空位,然后这些空位依次转变成其他缺陷复合物。通过研究缺陷的低温光致发光光谱,该团队发现了三个以前未报告过的特征,显示三条温度稳定(TS)线与质子剂量和退火温度相关。

       Krieger表示这些TS线具有令人惊喜的特性,并且正在进行进一步的研究,因为该团队希望将这些缺陷用于基于SiC的量子技术设备。

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