Fabrication of shallow VSi− color-center ensembles in 4H-SiC via low-energy ion implantation
Year: 2025
Type: article
Abstract: 量子传感利用量子态的相干、纠缠等特性对环境物理量进行测量，以其超越经典极限的灵敏度为基础物理研究、生物医学成像、导航定位等提供精微感知能力，其中基于色心的量子传感是当前量子传感领域的重要技术路线之一。4H-SiC中硅空位（VSi− ）色心作为具有室温下长相干时间、近红外荧光发射及可光学操控界面等优异特性的固态自旋缺陷，是构建量子传感器件的理想平台。离子辐照理论上能够在材料中实现三维空间内高精度色心的引入，进一步推动基于色心的量子传感的集成化与微型化。然而当前离子辐照制备色心面临产率低、杂质自旋缺陷干扰以及晶格损伤等问题，难以获得高品质的单一色心材料。本文开展了低能离子辐照制备4H-SiC浅表硅空位色心研究，探究了低能离子辐照参数影响硅空位色心材料亮度的物理规律，色心的产率与辐照在材料中的损伤密度密切相关。同时本文采用自主搭建的光探测磁共振测量平台测量了不同磁场下3 keV He+辐照制备所得的硅空位色心材料的连续波光探测磁共振谱，探究了磁场对V2色心的相干特性及光学对比度的影响。磁场劈裂下V2色心的共振峰半高宽减小，相干特性有一定的提高。本工作将为高品质硅空位浅表色心制备以及光波导等复杂结构内色心的引入提供理论与实验基础。
Authors: Shang Tian, Haozheng Guo, Zheheng Wu, Yuan Gao, Yunbiao Zhao, Jianming Xue
Language: English
Subfield: Materials Chemistry
Field: Materials Science
Domain: Physical Sciences
Open Access status: bronze
OpenAlex ID: W4415978141