Spin and optical properties of silicon vacancies in silicon carbide (a review)
我们讨论了碳化硅中与硅空位相关的自旋3/2中心的精细结构和自旋动力学。这些中心具有光学可寻址的自旋态，这使得它们在量子技术中非常有前途。自旋中心的精细结构被证明对机械压力、外部磁场和电场、温度变化等高度敏感，其可用于有效的室温感测，特别是通过纯光学装置或通过光学检测的磁共振。本文讨论了基于自旋态混合的磁性测量和温度测量的实验成果，并讨论了在磁场中的微观机制。我们还讨论了与环境的相互作用所造成的自旋涨落的空位系综。
2017-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Graphenes on Silicon Carbide
综述了在SiC晶体六方基面上外延生长石墨烯的材料科学研究进展。结果表明，在Si端SiC（0001）表面上外延生长的石墨烯与在C端SiC（000 - 1）表面上外延生长的石墨烯有很大的不同，并讨论了这些石墨烯的物理结构。描述了每种类型的外延石墨烯的独特的电子结构和输运性质，以及外延石墨烯器件的发展进展。这种材料系统具有丰富的微妙之处，并且在两个极性面上生长的石墨烯在重要方面有所不同，但是在这些外延石墨烯中发现了理想石墨烯的所有显着特征，并且已经实现了多GHz器件的晶圆级制造。
2010-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Theory of Electrically Detected Magnetic Resonance of Silicon Vacancy-Related Spin Pairs in Silicon Carbide
University of Iowa（爱荷华大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Coastal Carolina University（海岸卡罗来纳大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
基于稳态Lindblad主方程，提出定量理论模拟碳化硅中硅空位相关自旋对的电检测磁共振，解释了室温测量结果并预测了低温超精细结构及双量子跃迁的电读出。
2026-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer between epitaxial graphene and silicon carbide
我们分析掺杂的石墨烯生长在SiC上的两种模式，不同的电荷转移到石墨烯的来源，即从SiC表面和体施主。对于这两种模型中的每一个，我们发现在单层和双层石墨烯中诱导的最大电子密度，这是由原始石墨烯中的电子的功函数和SiC上/中的施主态之间的差异决定的，并通过静电门分析石墨烯对密度变化的响应。
2010-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Multilayer epitaxial graphene formed by pyrolysis of polycrystalline silicon-carbide grown on c-plane sapphire substrates
我们使用超高真空化学气相沉积在c平面蓝宝石晶片上生长多晶碳化硅（SiC），然后在真空中在1250和1450°C之间退火以产生外延多层石墨烯（MLG）。尽管多晶SiC的表面粗糙度和小的畴尺寸，但形成了共形MLG膜。通过平面化的SiC之前，石墨烯的生长，拉曼缺陷带的减少被观察到在最终的MLG.The石墨烯上形成的抛光SiC薄膜也表现出显着更有序的逐层生长和增加的载流子迁移率相同的载流子密度作为非抛光样品。
2011-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Site-Specific Orbital Symmetry Breaking in Epitaxial Graphene on Silicon Carbide
本研究通过EELS和从头计算揭示SiC上外延石墨烯缓冲层中四分之一碳原子与硅成键诱导sp³杂化，淬灭π态并破坏对称性，为低能耗晶体管界面设计提供定量基础。
2026-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging the interface of epitaxial graphene with silicon carbide via scanning tunneling microscopy
已经提出在SiC上外延生长的石墨烯作为用于碳基电子器件的材料。了解石墨烯和SiC衬底之间的界面对于未来的应用非常重要。我们报告的能力，使用扫描隧道显微镜成像单层石墨烯下的界面结构。这种成像是可能的，因为石墨烯在费米能以上或以下1eV的能量下看起来是透明的。我们基于密度泛函理论的计算分析显示了这种透明度是如何从SiC衬底上石墨烯层的电子结构中产生的。
2007-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Silicon carbide stacking-order-induced doping variation in epitaxial graphene
一般认为外延石墨烯中的费米能级受两种效应控制：由六角SiC（0001）衬底体诱导的p型极化掺杂和与缓冲层相关的类施主态的过补偿。在这项工作中，我们的证据表明，这种效果也与特定的底层SiC梯田。我们制作了一个周期性的序列不相同的SiC梯田，这是明确归因于特定的SiC表面终端。实验观察到SiC终端和电子石墨烯性能之间的明确相关性，并通过各种互补的表面敏感方法证实。我们将这种相关性归因于SiC终止依赖的极化掺杂对上覆石墨烯层的邻近效应。我们的研究结果为纳米级掺杂工程开辟了一条新途径，即在介电极性衬底上自图案化外延石墨烯和其他2D层。
2020-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fabrication and Characterization of Boron Carbide / n-Silicon Carbide Heterojunction Diodes
报道了第一个碳化硼/碳化硅异质结二极管的制作、初始结构表征和二极管测量。在24 ℃至388 ℃的温度下获得的电流-电压曲线。PECVD沉积的未掺杂的碳化硼材料是高度结晶的，并且由晶体尺寸大至110 nm的多种B-C多型体组成。晶相类似于Si上PECVD B-C的晶相，但仅部分匹配已知的硼和富硼B-C相。
2001-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio molecular dynamics calculations of threshold displacement energies in silicon carbide
利用第一性原理分子动力学模拟，我们确定了立方碳化硅中的阈值位移能和相应的产生缺陷。相反，以前的研究使用经典的分子动力学，我们发现的值接近实验共识，也创造了很好的协议与最近的工作在碳化硅的晶体稳定性的缺陷。我们仔细研究了这种方法的局限性。我们的工作表明，它是可能的，以第一原理精度计算碳化硅的位移能，并建议它也可能是其他共价材料的情况。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Stacking domains in graphene on silicon carbide: a pathway for intercalation
碳化硅（SiC）上的石墨烯在未来的石墨烯电子应用中具有巨大的潜力，因为它可以在晶圆级上获得，并且可以通过将各种原子插入石墨烯/SiC界面来定制其特性。然而，目前尚不清楚原子如何在这种广泛使用的嵌入过程中穿过不可渗透的石墨烯层。在这里，我们证明，与目前的共识相反，SiC上的石墨烯层是不均匀的，而是由不同的晶体堆叠域组成。我们表明，这些畴是在生长过程中本质上形成的，并且畴之间的位错主导了（脱）插层动力学。定制这些位错网络，例如通过衬底工程，将增加对嵌入过程的控制，并可能为二维超结构中的拓扑和相关电子现象开辟一个运动场。
2018-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On melting of silicon carbide under pressure
本文研究了碳化硅在压力5-8 GPa、温度高达3300 K下的熔化。结果表明，SiC为全等成分熔化，其熔化曲线为负斜率，为-44 +/-4K/GPa。
2012-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Optically detected spin-mechanical resonance in silicon carbide membranes
混合自旋机械系统是未来量子技术的一个有前途的平台。通常，它们需要应用额外的微波场来将整数自旋投射到可读状态。我们发展了一个理论的光学检测与半整数自旋缺陷的碳化硅（SiC）膜的自旋机械共振。当自旋共振频率与机械模式的共振频率相匹配时，它会发生，从而通过共振增强的自旋-声子耦合缩短自旋弛豫时间。这种效应可以被检测为在光泵浦下的光致发光强度的突然降低，而不施加微波场。我们提出了基于这种自旋机械共振的全光协议，以超高灵敏度检测外部磁场和质量。我们还讨论了强光抽运下的室温非线性效应，包括自旋介导的机械模冷却和加热。我们的方法提出了一个新的概念，量子传感使用自旋光力学。
2019-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically active defects in 3C, 4H and 6H silicon carbide polytypes: A review
本文综述了利用结谱技术在3C、4H和6H碳化硅多型体中研究的电活性缺陷，涵盖深能级瞬态谱和少子瞬态谱方法。
2025-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Optical Properties of Vanadium in 4H Silicon Carbide for Quantum Technology
研究了四价钒杂质在4H碳化硅（4H SiC）中的光学性质。在1.28 \mum和1.33 \mum的波长处观察到来自两个结晶位点的发射，光学寿命为163 ns和43 ns。群论和从头计算密度泛函超原胞计算，使明确的网站分配和阐明的光谱特征的缺陷。最后，我们对量子光子学的应用作了简要的展望。
2019-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Room-temperature quantum oscillations of static magnetic susceptibility of silicon-carbide epitaxial layers grown on a silicon substrate by the method of the coordinated substitution of atoms
本研究测量分析了原子协调置换法制备的硅衬底碳化硅外延薄膜磁化率，发现室温弱磁场下存在磁化率磁滞与Aharonov-Bohm量子振荡，源于载流子在负U偶极微缺陷上的单、双粒子干涉。
2023-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Resonant addressing and manipulation of silicon vacancy qubits in silicon carbide
固态的几个系统已经被认为是基于自旋的量子信息处理的有希望的候选者。尽管在过去十年中取得了重大进展，但人们仍在寻找具有更高潜力的新系统[D]。Dienzo，Nature Mat. 9，468（2010）]。碳化硅中的硅空位缺陷包含了半导体量子点的技术优势和金刚石中氮空位缺陷的独特自旋特性。与原子类似，硅空位量子比特可以在双无线电-光学共振条件下控制，允许它们的选择性寻址和操纵。此外，我们还利用脉冲磁共振技术揭示了它们的长自旋记忆。所有这些结果使得碳化硅中的硅空位缺陷在量子应用中非常有吸引力。
2012-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-high strain in epitaxial silicon carbide nanostructures utilizing residual stress amplification
应变工程已经引起了极大的关注，特别是对于在不同衬底上生长的外延膜。SiC的残余应变已被广泛用于形成超高频和高Q因子谐振器。然而，迄今为止，据报道SiC的最高残余应变被限制在约0.6%。SiC中引入的大应变可以导致一些有趣的物理现象，以及谐振频率的显着提高。我们报道了一种前所未有的纳米应变放大器结构，利用外延3C SiC和Si之间的自然残余应力，具有高达8%的超高残余应变。此外，可以通过改变放大器结构的尺寸来调谐所施加的应变。引入这种可控的超高应变的可能性将为研究SiC在大应变范围内的物理特性以及开发超灵敏的机械传感器打开大门。
2017-01-05 cond-mat.mtrl-sci
The absorption spectrum of hydrogenated silicon carbide nanocrystals from ab initio calculations
用第一性原理计算确定了氢化碳化硅纳米晶（SiCNC）的电子结构和吸收光谱。我们表明，重建的表面可以显着改变不仅开始的吸收，但在较高的能量的光谱的\emph{shape}。我们发现，用传统的密度泛函理论计算方法不能准确预测重构SiCN的吸收阈值。
2009-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Meyer-Neldel and anti-Meyer-Neldel rule in microcrystalline silicon and silicon carbide examined with Hall measurements
利用变温霍尔测量方法研究了轻掺磷氢化微晶硅（$μ$ c-Si：H）和未掺杂氢化碳化硅（$μ$ c-SiC：H）中的电子输运性质.材料性质涵盖不同的堆叠和掺杂浓度。对于$μ$ c-Si：H样品，载流子浓度通过电子轰击和随后的缺陷分步退火而改变。我们描述的行为的电导率，迁移率和载流子浓度的迈耶-内德尔规则（MNR）和反MNR。我们提出了第一个样本之间切换。理论检验利用反MNR来描述电子室温性质，并扩展了统计位移模型。
2019-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Highly efficient optical pumping of spin defects in silicon carbide for stimulated microwave emission
我们研究了碳化硅中硅空位相关自旋的泵浦效率。对于插入谐振频率为9.4GHz的微波腔中的晶体，在室温下获得了75的自旋布居数反转因子，饱和光泵浦功率约为350mW。在低温下，由于超过一分钟的异常长的自旋晶格弛豫时间，泵效率急剧增加。根据实验结果，我们找到了碳化硅脉塞可以工作在连续波模式下，并作为一个量子微波放大器的现实条件。
2017-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Ion Beam Synthesis of embedded SiC
在室温下，使用高剂量碳离子注入在具有（100）和（111）取向的N型硅样品中进行嵌入碳化硅的合成。利用剂量的变化得到了碳化硅形成的剂量依赖关系。在1000 ℃下退火，以退火去除由退火引起的缺陷，并在硅基体中获得碳化硅沉淀。详细的傅立叶红外光谱分析和X射线衍射研究证实了碳化硅立方相的形成。碳化硅沉淀物的晶粒尺寸估计为几纳米。X射线衍射结果表明，在硅（100）样品中碳化硅沉淀物的结晶有序性比在硅（111）样品中的好，并且在硅样品的轰击区发生了非晶化。退火后，非晶化区域重新结晶成硅的多晶相。
2005-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Comparing electron-phonon coupling strength in diamond, silicon and silicon carbide: First-principles study
从第一性原理出发，研究了四面体半导体金刚石、硅和立方碳化硅中电子-声子耦合引起的电子带隙重正化。在振动态与价带最大值和导带最小值的耦合之间存在显著的差异。声子耦合到价带最大值的强度在三个系统之间是相似的，并且由改变键长的振动支配。到导带最小值的耦合强度在金刚石、碳化硅和硅中显著不同。在金刚石中，耦合由声子布里渊区中的六个小的振动态口袋主导，这最终导致了这种材料中更强的电子-声子耦合。我们的研究结果代表了对半导体和绝缘体中的电子-声子耦合的先验理解的发展的第一步，这应该有助于设计具有定制的电子-声子耦合特性的材料。
2014-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Flexural Plate Wave Devices Fabricated from Silicon Carbide Membranes
弯曲板波（FPW）设备制造的碳化硅（SiC）膜在这里提出的表现出电气和机械特性，在其传递函数，这使得它非常有用的低电压探头设备能够在小面积，通常是无法访问的普通设备。该电流驱动装置的低输入阻抗特性使其能够在非常低的电压下工作，从而降低了待探测易燃或易爆区域的危险。弯曲板波（FPW）装置属于重力型传感器系列，可直接测量振动元件的质量。主要目的是研究碳化硅（SiC）膜作为Sandia国家实验室开发的弯曲板波器件中的氮化硅（SiN）膜的替代物的适用性
2002-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Electrical charge state manipulation of single silicon vacancies in a silicon carbide quantum optoelectronic device
具有长寿命自旋的色心是量子传感和量子信息应用的既定平台。色心存在于不同的电荷状态中，它们中的每一个都具有不同的光学和自旋性质。量子技术的应用需要能够访问和稳定每个特定任务的电荷状态。在这里，我们调查的电荷状态操纵的个别硅空位在碳化硅，一个系统，最近显示了一个独特的组合的长自旋相干时间和超稳定的自旋选择性光学跃迁。特别是，我们展示了电荷状态切换通过施加到颜色中心的偏置在一个集成的碳化硅光电器件。我们表明，所定义的掺杂分布和其他缺陷在设备中的分布的电子环境中起着关键作用的电荷状态控制。我们的实验结果和数值模拟的证据表明，控制这些复杂的相互作用，在一定条件下，可以提高光子发射率。这些发现开辟了确定性控制的自旋活性的颜色中心的量子技术的电荷状态的方式，并提供了新的技术，用于监测掺杂分布和电压传感的微观设备。
2019-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Applications of silicon carbide as window materials in atomic cells and atomic devices
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Deep Space Exploration Laboratory（深空探测实验室）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室）
本研究探讨了碳化硅作为替代材料在原子细胞制造中的应用，通过提升光学、热学和机械性能以改善原子器件性能。
2025-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Epitaxial Growth of Boron Carbide on 4H-SiC
本文提出两步CVD法在4H-SiC上外延生长单晶碳化硼，先硼化再高温沉积，获得台阶流形貌的单晶薄膜，并揭示了非晶层转化及瞬态SiB x /Si微晶的生长机制。
2023-10-26 cond-mat.mtrl-sci
All-optical coherent population trapping with defect spin ensembles in silicon carbide
碳化硅中的双空位缺陷具有长寿命的电子自旋态和尖锐的光学跃迁，其性质类似于金刚石中的氮空位缺陷。我们报道了在4 H-SiC上研究自旋态零声子线跃迁的全光寻址实验。我们的磁谱结果确定了自旋$S=1$结构的基态和激发态，并通过系统间交叉衰变的作用。我们使用这些结果证明相干布居捕获的自旋态与双空位合奏，具有特定的方向在SiC晶体。
2014-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Versatile electronic properties and exotic edge states in single-layer tetragonal silicon carbides
采用密度泛函理论计算了三种单层四元碳化硅（SiC），分别命名为T1，T2和T3。虽然这三种结构具有相同的拓扑几何结构，但它们具有从半导体（T1）、半金属（T2）到金属（T3）的多种电子性质，这种多样性源于Si和C原子之间的丰富键。三种SiC的纳米带也显示出有趣的电子性质。特别是，T1纳米带具有奇异的边缘态，其中电子仅分布在一个边缘的硅或碳原子上。T1纳米带的带隙是恒定的，因为边缘态之间没有相互作用。
2016-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Large area and structured epitaxial graphene produced by confinement controlled sublimation of silicon carbide
在佐治亚理工学院（GT）对石墨烯基电子产品进行开创性研究之后，在碳化硅（EG）上开发外延石墨烯作为一种新的电子材料方面取得了巨大进展。EG不仅展示了其大规模应用的潜力，它还成为基础二维电子气物理学的宝贵材料，表明只有EG才能定义未来的石墨烯科学。众所周知，石墨烯单层和多层在超高真空中的高温下在SiC晶体上生长。在这些温度下，硅从表面升华，富碳表面层转化为石墨烯。然而，由于在相对较低的温度下的高升华速率，在真空中生产的石墨烯的质量较差。GT团队开发了将SiC晶体封装在石墨外壳中的生长方法，从而隔离蒸发的硅并使生长过程更接近平衡。在这种约束控制升华（CCS）工艺中，在SiC晶体的两个极性面上生长非常高质量的石墨烯。自2003年以来，超过50篇出版物使用CCS生长的石墨烯，其中它被称为“炉生长”石墨烯。使用CCS方法在SiC的碳终止面上生长的石墨烯多层膜被示出由解耦的高迁移率石墨烯层组成。CCS方法现在应用于结构化碳化硅表面，以产生高迁移率的纳米图案化石墨烯结构，从而证明EG是下一代电子产品的可行竞争者。在这里，我们介绍了CCS方法，并展示了几个外延石墨烯的突出性能和应用。
2011-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Purcell enhancement of a single silicon carbide color center with coherent spin control
碳化硅最近已被开发为光学可寻址自旋缺陷的平台。特别地，在4 H多型体中的中性双空位显示光学可寻址的自旋-1基态和近红外光学发射。在这里，我们提出了一个单一的中性双空位耦合到一个光子晶体腔的Purcell增强。我们利用纳米光刻技术和掺杂剂选择性光电化学蚀刻的组合来产生品质因数超过5000的悬浮腔。随后耦合到一个单一的双空位导致的Purcell因子约50，这表现为增加的光致发光到零声子线和缩短的激发态寿命。此外，我们测量腔纳米结构内的双空位基态自旋的相干控制，并通过动态解耦证明扩展的相干性。这种自旋腔系统代表了使用碳化硅的可扩展长距离纠缠协议的进步，该协议需要来自空间分离的单个量子位的不可区分光子的干涉。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Efficiently Engineered Room Temperature Single Photons in Silicon Carbide
我们首次在碳化硅（SiC）中观察到稳定的单光子源。这些光源非常明亮，在室温下工作，表明SiC是一种可行的材料，可以实现各种量子信息、计算和光子应用。探测到的最大单光子计数率为700 k计数/s，推断量子效率约为70%。单光子源是由于本征深能级缺陷构成的碳反位空位对。这些被证明是可控地形成的电子辐照。这些单一缺陷的时间动力学的变化进行了详细研究。
2012-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Optical and Strain Stabilization of Point Defects in Silicon Carbide
通过制造光隔离的平板波导结构和仔细控制退火和冷却条件，增强了碳化硅中色心系综的光致发光和自旋特性。我们发现，光致发光信号的合奏注入缺陷的平板波导增强了一个数量级以上的相同注入体缺陷。板波导增强的光致发光的几个缺陷物种是用来研究重组和扩散的存在下的热退火与快速淬火冷却和较长的返回到环境条件。利用薄膜的受限力学几何结构测量了带负电荷的硅单空位的自旋-应变耦合。这项工作中的方法可用于对碳化硅中的近表面发射体进行更大的控制，并更好地理解和控制应变对基于碳化硅的色心的自旋测量的影响。
2022-02-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Identification of Si-vacancy related room temperature qubits in 4H silicon carbide
作为量子比特的点缺陷的微观结构的识别是量子信息处理和传感技术发展的关键步骤。在众多的候选者中，碳化硅（SiC）中的硅空位相关中心由于其特殊的自旋3/2基态和激发态而显示出显著的性质。虽然这些中心在几十年前就被观察到了，但仍然有两种竞争的模型，孤立的带负电荷的硅空位和带负电荷的硅空位与中性碳空位的复合物[Phys. Rev. Lett.\ \textbf{115}，247602（2015）]中所述。通过高精度的第一性原理计算和高分辨率的电子自旋共振测量，我们在这里明确地确定了六角SiC中与Si空位相关的量子比特是孤立的带负电荷的硅空位。此外，我们确定了硅空位量子位配置，提供室温光学读出。
2017-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Excitation and recombination dynamics of vacancy-related spin centers in silicon carbide
我们利用电子辐照的方法在高质量的外延碳化硅层中产生与硅空位有关的缺陷。通过控制辐照通量，缺陷浓度在几个数量级上变化。我们建立了这些缺陷的光泵浦的激发分布，并评估了770 nm的最佳激发波长。我们还测量了室温下的光致发光动力学，发现一个单指数衰减的特征寿命为6.1 ns。积分的光致发光强度依赖于线性的激发功率密度高达20千瓦/厘米$^2$，表明这些缺陷的相对较小的吸收截面。
2014-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Electrically driven spin resonance in silicon carbide color centers
我们证明了光寻址点缺陷的自旋可以用交流电场相干驱动。基于磁偶极禁戒自旋跃迁，该方案使空间受限的自旋控制，高频电场的成像，和缺陷自旋多重性的表征。虽然我们控制SiC中的缺陷，但这些方法适用于许多半导体中的自旋系统，包括金刚石中的氮空位中心。电驱动的自旋共振提供了一个可行的途径，以可扩展的量子控制的电子自旋在一个密集的阵列。
2013-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Magnetic field and temperature sensing with atomic-scale spin defects in silicon carbide
量子系统可以在从生物科学到纳米技术的各种传感应用中提供出色的性能。碳化硅中的原子级缺陷在这方面是非常有吸引力的，因为这种材料的技术优势和有利的光学和射频光谱范围来控制这些缺陷。我们确定了几个，单独寻址的自旋3/2中心在同一碳化硅晶体，这是免疫非轴向应变波动。它们中的一些的特点是几乎与温度无关的轴向晶体场，使这些中心非常有吸引力的矢量磁强计。另一个中心的零场分裂在室温下表现出-1.1MHz/K的巨大热位移，可用于测温。我们还讨论了利用不同的热响应的自旋中心的同步复合时钟。
2014-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Optically addressable silicon vacancy-related spin centers in rhombic silicon carbide with high breakdown characteristics and ENDOR evidence of their structure
我们发现碳化硅中的单轴取向中心具有不寻常的性能。在这里，我们证明了在菱形15 R-SiC晶体基质中具有$S= 3/2$的硅空位相关中心家族具有独特的特性，例如在高达250 $^\circ$ C的温度下存在的ODMR对比度和光学自旋对准。因此，具有半整数基自旋态的光学可寻址硅空位相关中心的概念被扩展到广泛的SiC菱形多型体。这些中心的结构，这是量子应用的一个基本问题，已经建立了使用高频ENDOR。研究表明，一类硅空位相关中心是一个带负电荷的顺磁态硅空位，自旋为$S= 3/2$，V $_\textrm{Si}^-$，受非顺磁态中性碳空位的扰动，V $_\textrm{C}^0$与硅空位没有共价键，在c晶轴上与硅空位相邻.
2015-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Quantum-confined single photon emission at room temperature from Silicon carbide tetrapods
孤立固态量子系统的受控工程是现代纳米技术中最突出的目标之一。在这封信中，我们证明了一个以前未知的量子系统，即碳化硅四脚体。四脚体具有立方多型体芯（3C）和六边形多型体腿（4 H），其几何形状在单个四脚体内产生自发极化。四脚结构的建模预测，束缚激子应该存在于3C-4 H界面。在室温下观察到的四脚体的全偏振和窄带单光子发射证实了模拟。单光子发射为理解非球形纳米结构中的量子限制效应提供了重要的见解。我们的研究结果为一类新的晶相纳米材料铺平了道路，这些材料在室温下表现出单光子发射，因此适用于传感，量子信息和纳米光子学。
2014-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Vanadium spin qubits as telecom quantum emitters in silicon carbide
具有自旋寄存器的固态量子发射器是量子通信的有前途的平台，但很少在低损耗光纤网络所需的窄电信频带内发射。在这里，我们在碳化硅（SiC）中创建和隔离近表面的单一钒掺杂剂，在O波段（1278-1388 nm）具有稳定和窄的发射，亮度允许在晶圆级CMOS兼容材料中进行无腔检测。在钒系综中，我们表征了4 H-SiC和6 H-SiC中所有五个可用位点的复杂d1轨道物理。光学跃迁对来自局部硅和碳同位素的质量偏移敏感，从而实现光学分辨的核自旋寄存器。在基态和激发轨道态的光学检测磁共振揭示了各种超精细相互作用与钒核自旋和量子存储器的时钟跃迁。最后，我们展示了自旋态的相干量子控制。这些结果为固态电信发射体的量子应用提供了一条途径。
2019-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
\emph{Ab initio} spin-strain coupling parameters of divacancy qubits in silicon carbide
立方碳化硅是将缺陷量子比特集成到用于量子信息和传感应用的已建立的晶片级器件架构中的极好平台，其中双空位量子比特（类似于金刚石中的带负电荷的氮空位（NV）中心）具有有利的相干性质。通过密度泛函理论计算，我们证明了3C SiC中的双空位具有优良的自旋-应力耦合参数和应力敏感性，适用于纳米级、量子增强的光子、光电子和光机械器件。
2018-05-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
High precision vector magnetometry with uniaxial quantum centers in silicon carbide
我们表明，单轴色心的碳化硅与六方晶格结构，可以用来测量不仅是强度，而且还极角的外部磁场相对于缺陷轴的高精度。该方法是基于四重态基态硅空位缺陷中的多自旋共振的光学探测。我们实现了一个完美的协议之间的实验和计算的自旋共振谱没有任何拟合参数，在磁场范围内高达几个毫特斯拉的角度分辨率为几度。我们的方法适用于合奏以及单自旋3/2色心，允许在环境条件下的纳米尺度上的矢量磁强计。
2015-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Identification and tunable optical coherent control of transition-metal spins in silicon carbide
宽带隙半导体中的色心是量子技术的有吸引力的系统，因为它们可以结合长相干电子自旋和明亮的光学性质。几个合适的中心已被确定，最著名的是金刚石中的氮空位缺陷。然而，通信技术的集成受到其光跃迁位于电信波长带之外的事实的阻碍。碳化硅中的几种过渡金属杂质确实在电信波长或附近发射，但关于它们的自旋和光学性质的知识并不完整。我们提出了在近红外波长的跃迁碳化硅中的氘杂质自旋的全光识别和相干控制。我们的研究结果确定自旋$S=1/2$的电子基态和激发态，具有高度各向异性的自旋特性，我们申请实施光学控制的基态自旋相干性。我们的研究结果表明，$\sim$ 60 ns的光学寿命和非均匀的自旋退相时间为$\sim$ 0.3 $μ$ s，建立量子自旋光子接口的相关性。
2018-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Theoretical Study of Carbon Clusters in Silicon Carbide Nanowires
利用第一性原理方法对碳化硅纳米线中的碳团簇进行了理论研究。我们研究了氢钝化SiC纳米线沿[100]和[111]方向生长的碳原子团簇和反位团簇。这些团簇的形成能计算为碳浓度的函数。我们验证了SiC纳米线中碳缺陷的能量稳定性强烈依赖于纳米线表面的组成：碳包覆[100] SiC纳米线中能量最有利的构型预计不会发生在硅包覆[100] SiC纳米线中。一些聚集体的结合能也得到了，他们表明，在SiC纳米线的碳团簇的形成是积极的青睐。
2011-07-20 cond-mat.mtrl-sci
The Origin of Doping in Quasi-Free Standing Graphene on Silicon Carbide
我们解释了强大的p型掺杂观察准独立的石墨烯六方碳化硅衬底的自发极化。这种机制是基于SiC的体属性，不可避免的任何六边形多型体的材料和独立的界面形成的任何细节。我们表明，极化的符号和幅度与石墨烯层中观察到的掺杂水平完全一致。有了这种机制，基于假设的受体型缺陷的模型，因为他们讨论到目前为止是过时的。外延石墨烯的n型掺杂通常通过与缓冲层及其与衬底的界面相关联的施主样状态来解释，其过度补偿极化掺杂。
2011-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Attosecond-resolved coherent control of zone-folded acoustic phonons in silicon carbide
本文利用飞秒脉冲相干激发4H-SiC中6 THz区域折叠声学声子，以300阿秒精度实现振幅相干控制，并通过双能级脉冲受激拉曼模型给出非共振条件下的解析控制方案。
2025-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Thermal evolution of silicon carbide electronic bands
特别是，直接观察半导体在宽温度范围内的各个能带的温度依赖性并不简单。然而，这个基本性质是理解半导体的电子-声子耦合的先决条件。本文将\emph{ab initio}多体微扰理论应用于六角碳化硅（SiC）晶体上的电子-声子耦合，并确定了能带的温度依赖性。我们发现在0~K的带隙中存在一个显著的电子-声子重整化。导带和价带都在高温下发生位移，表现出不同的行为。我们将我们的理论结果与观察到的SiC能带边缘的热演化进行了比较，并根据高温SiC电子学和缺陷量子比特操作讨论了我们的发现。
2019-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Electrically and mechanically tunable electron spins in silicon carbide color centers
半导体缺陷的电子自旋可能与其宿主发生复杂的相互作用，特别是在像SiC这样的极性材料中，其中电学和机械变量相互交织。通过结合脉冲自旋共振和从头算模拟，我们发现SiC中性双空位中的自旋-自旋相互作用产生了具有增强的Stark效应、亚10**-6应变灵敏度和强度对比度为15- 36%的高度自旋相关的光致发光的自旋态。这些结果建立SiC色心作为引人注目的系统，用于感测纳米级领域。
2013-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Noval Si-C Compounds with High Thermal Conductivity under TPa in Planetary Interior
碳化硅具有优异的物理性能，例如高稳定性、导热性和机械强度。它已广泛应用于大功率器件、催化、材料加工等领域，在基础学科研究中具有重要意义。我们使用晶体结构搜索和第一性原理计算预测了四种稳定在3 TPa以内的新碳化硅结构。在2.6TPa以上，Pnma（SiC）取代B1（SiC），在2.5TPa后，新组分Si 3C 2变得最稳定。高压下的P4/mbm相Si_3C_2具有电极特性。碳化硅结构在研究压力范围内是金属性的，电子贡献了大部分热导率，这对类碳化硅类地行星的热演化具有重要意义。另外，我们提出了一个新的碳化硅行星模型，并计算了在TPa下Si 3C 2的声速。因此，我们的研究加深了对碳化硅类地行星内部结构和热演化的认识，探索了复杂的碳化硅相空间，丰富了碳化硅相图。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.comp-ph
Locking of electron spin coherence over fifty milliseconds in natural silicon carbide
我们证明了具有天然同位素丰度的碳化硅（SiC）可以在接近0.1秒的出乎意料的长时间内保持硅空位中的相干自旋叠加。通过施加适度的磁场抑制异自旋串扰并结合与核自旋池的动态退耦，可以获得退相干率大大降低的自旋锁定子空间。我们确定了几种声子辅助的自旋晶格弛豫机制，最终限制了量子相干性，并发现它可以在低温下非常长，等于甚至超过8秒。我们的方法可以扩展到其他多原子化合物，并为晶圆级量子技术的改进量子位存储器开辟一条道路。
2016-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the SiC surface - a morphology study on the epitaxial growth of graphene and its buffer layer
我们使用原子力显微镜研究了石墨烯缓冲层的生长和碳化硅衬底表面的台阶聚束行为。局部缓冲层域的形成被确定为不期望的高步骤的边缘的起源与一个一般模型的步骤动态的预测非常一致。所应用的聚合物辅助升华生长方法表明，抑制这种行为的关键原理是缓冲层的均匀成核。以这种方式，碳化硅表面被稳定化，使得在各种碳化硅衬底表面上的石墨烯生长期间可以保留超平坦表面。实验结果的分析描述了不同的生长模式，通过强调缓冲层成核和临界质量传输过程的重要性，扩展了目前对外延石墨烯生长的理解。
2017-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Stark Tuning and Electrical Charge State Control of Single Divacancies in Silicon Carbide
碳化硅（SiC）中的中性电荷双空位是顺磁性色心，其长相干时间和近电信工作波长使其有望用于与现有光纤网络兼容的可扩展量子通信技术。然而，局部应变的不均匀性会随机地扰动它们的光学跃迁频率，这会降低从单独缺陷发射的光子的不可分辨性，并阻碍它们与光学腔的耦合。在这里，我们表明，电场可以用来调谐的光学跃迁频率的单个中性双空位在4 H-SiC在几个GHz的范围内通过直流斯塔克效应。同样的技术也可以在微秒的时间尺度上控制缺陷的电荷状态，我们使用它来稳定不稳定或非中性的双空位进入它们的中性电荷状态。使用基于荧光的电荷态检测，我们表明975 nm和1130 nm激发都可以制备其中性电荷态，效率接近1。
2017-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electronic Transport in the Silicon Carbide Semiconductor in Phase 3C
在这项工作中，我们研究，理论上，电子迁移率的碳化硅半导体在3C相，命名为3C-SiC。3C-SiC在极端条件下显示出巨大的应用潜力。因此，对这种半导体的电子迁移率的研究具有很大的意义。本文从理论上推导了在恒定电场作用下n型掺杂3C-SiC半导体中载流子的漂移速度、位移和迁移率。分析了这些输运性质随电场强度和温度的变化关系。为此，使用具有源项（低强度电场）和运动阻力项（电阻）的微分运动方程。
2023-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Monolithic Silicon Carbide Metalenses
碳化硅已成为量子光子学和非线性光学的一个有前途的材料平台。这些特性使得在高质量碳化硅中开发集成光子元件成为推进可扩展片上网络的关键方面。在这项工作中，我们数值设计，制造和演示的单片metalenses从SiC的性能适合片上光学操作。我们设计了两种不同的透镜，具有抛物线和立方相位分布，在近红外光谱范围内工作，这对量子和光子应用很有意义。我们通过光学透射测量支持透镜制造并表征透镜的焦点。我们的研究结果将加速SiC纳米光子器件的发展，并有助于量子发射器与元光学元件的芯片集成。
2022-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
