Epigraphene : epitaxial graphene on silicon carbide
本文介绍了碳化硅上的外延石墨烯，从制造到性能，放在其他形式的石墨烯的背景下。
2017-04-02 cond-mat.mes-hall
Surface Passivation of III-V GaAs Nanopillars by Low Frequency Plasma Deposition of Silicon Nitride for Active Nanophotonic Devices
人们付出了大量努力，通过减少III-V族化合物材料的非辐射态来改善其电子和光学性能，目标是高效的III-V族亚微米器件。尽管取得了许多进展，但关于化学处理和覆盖电介质层的哪种组合可以最好地可再现地保护III-V族的晶体表面，同时与容易获得的等离子体沉积方法兼容，仍然存在争议。本工作报告的硫化物铵化学处理的作用，然后介电涂层的GaAs/AlGaAs纳米柱的钝化效果的系统的实验研究。我们的研究结果最终表明，最好的表面钝化，实现了使用硫化铵，然后通过封装与一薄层的氮化硅由低频等离子体增强化学沉积。在这里，硫化GaAs表面，高水平的氢离子和低频（380 kHz）激发等离子体，使氢的强烈轰击，似乎都提供了一个组合的钝化机制的支柱的积极作用。我们观察到最好的样品的光致发光（PL）的积分强度增加了29倍，与未经处理的纳米柱相比。X-射线光电子能谱学分析证实最佳处理显示出镓和砷天然氧化物的显著去除。时间分辨的微PL测量显示纳秒寿命导致干蚀刻GaAs纳米柱的表面复合速度创纪录的低。我们实现了坚固、稳定和长期钝化的纳米柱表面，这为纳米级发光二极管中显著的高内部量子效率（IQE>0.5）创造了期望。增强的性能为许多其他纳米结构和器件铺平了道路，如微型谐振器，激光器，光电探测器和太阳能电池。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
THz detection with epitaxial graphene field effect transistors on silicon carbide
我们报告了室温太赫兹探测的天线耦合场效应晶体管的装置，通过使用碳化硅衬底上生长的外延石墨烯制造。两个独立的检测机制被发现：等离子体波辅助检测和热电效应，这是归因于沿FET沟道的结的存在。等离子体激元和热电光电压对栅极偏压的计算函数依赖性的叠加定性地很好地再现了测得的光电压。此外，所测量的光电压的符号反转证明了与热电机制相比等离子体激元检测的更强贡献。虽然响应度的改善是必要的，这些结果表明，等离子体探测器制造的碳化硅上的外延石墨烯是宏观样品的快速大面积成像的潜在候选人。
2018-05-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Selective Purcell enhancement of two closely linked zero-phonon transitions of a silicon carbide color center
碳化硅中的点缺陷正迅速成为单光子产生、量子传感和量子信息科学的一个非常感兴趣的平台。光子晶体腔（PCC）可以作为一个有效的光-物质界面，既可以增加缺陷发射，又可以帮助研究缺陷的性质。在这项工作中，我们制作一维纳米梁PCCs在4 H-碳化硅与嵌入式硅空位中心。这些腔被用来实现Purcell增强的两个紧密间隔的缺陷零声子线（ZPL）。使用多种技术测量>80倍的增强。此外，腔耦合到不同的ZPL的性质进行检查。
2016-09-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical and electronic properties of two dimensional graphitic silicon carbide
用密度泛函理论研究了二维少层石墨碳化硅（GSiC）的光学和电学性质，发现其与石墨烯和硅烯的光学和电学性质不同.单层GSiC具有直接带隙，而少数层表现出间接带隙。单层GSiC的带隙可以通过面内应变来调节。双层GSiC的性能对层间距离非常敏感。这些预测表明，单层GSiC可能是一个显着的候选人，新型发光二极管利用其独特的光学性能不同于石墨烯，硅烯和几层GSiC。
2012-05-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optimization of the power broadening in optically detected magnetic resonance of defect spins in silicon carbide
在量子信息处理和量子传感方面，碳化硅中的缺陷自旋已经成为有前途的平台。事实上，缺陷自旋的光学检测磁共振（ODMR）是应用的基石。在这项工作中，我们系统地研究了室温下碳化硅中的系综双空位自旋与激光和微波功率相关的ODMR的对比度和线宽。结果表明，磁场传感灵敏度可以提高10倍的优化激光和微波功率范围。该实验为碳化硅缺陷在量子信息处理和依赖于ODMR的量子传感中的应用提供了有益的参考。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Registration of terahertz irradiation with silicon carbide nanostructures
研究碳化硅纳米结构在室温下对太赫兹辐射的响应，基于量子法拉第效应模型解释边缘通道电流产生及纵向电压特征，并通过EDEPR揭示内部太赫兹辐射。
2023-09-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Photonic Crystal Cavities in Cubic (3C) Polytype Silicon Carbide Films
我们提出了高品质因数和小模体积平面光子晶体腔的设计，制造和表征的立方（3C）薄膜（厚度~ 200 nm）的碳化硅（SiC）外延生长在硅衬底上。我们展示了整个电信频段的腔谐振，波长为1，250 - 1，600 nm。最后，我们讨论了在非线性光学，光学互连，和量子信息科学的可能应用。
2013-11-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Controlled thinning and surface smoothening of silicon nanopillars
一种方便的方法已经开发薄的电子束制造的硅纳米柱控制下的表面操作，通过转换的支柱的表面的氧化物壳层，然后由牺牲铵氟化硅涂层的生长。结果表明，氧化物壳和硅芯的形成没有显著改变柱的原始长度和形状。氧化物壳层厚度可以从几纳米到几百纳米控制。透射电镜（TEM）分析表明，在HF和HNO 3的混合气体中，硅柱表面粗糙度小于10 nm，直径减小，表面光滑，粗糙度在2 μm以内。长时间暴露的尝试导致厚氧化物的生长，其对柱的应变效应可以通过Si-O键的耦合LO-TO振动模式来评估。光致发光（PL）的支柱结构，已缩小尺寸表现出可见光和红外发射，这是由于微观支柱和Si芯中的受激载流子的限制，分别。在减小硅柱直径的同时形成光滑的核-壳结构在制造纳米级电子器件和功能部件中具有潜力。
2015-12-25 cond-mat.mes-hall
Complete Coherent Control of Silicon-Vacancies in Diamond Nanopillars Containing Single Defect Centers
相同且可单独寻址的量子位阵列为创建可扩展的量子硬件（如量子处理器和中继器）奠定了基础。金刚石（SiV）中的硅空位中心提供了优异的物理特性，例如低非均匀加宽，快速光子发射和大的Debye-Waller因子，而全光学超快操纵和延长自旋相干时间的技术的可能性使它们成为量子比特的非常有前途的候选者。在这里，我们已经开发出阵列的纳米柱含有单一的SiV中心与高产率，我们展示了超快的全光学完整的相干控制的一个单一的SiV中心的状态。化学气相沉积（CVD）生长的SiV中心的高质量提供了优异的光谱稳定性，这使我们能够使用超快光脉冲在皮秒时间尺度上相干操纵和准共振读出单个SiV中心的状态。这项工作为创建可扩展的芯片上金刚石平台，用于量子信息处理和可扩展的纳米光子学应用开辟了新的机会。
2017-01-18 cond-mat.mes-hall
Utilizing photonic band gap in triangular silicon carbide structures for efficient quantum nanophotonic hardware
碳化硅由于其色心缺陷的长自旋相干性和单光子发射特性而成为量子信息材料平台中的主要材料之一。碳化硅在量子网络、计算和传感中的应用依赖于色心发射到单个光学模式中的有效收集。在这个平台上最近的硬件开发集中在角度蚀刻工艺，保留发射器的属性，并产生三角形的设备。然而，人们对这种几何结构中的光传播知之甚少。我们探索了光子带隙的形成与三角形截面的结构，这可以作为一个指导原则，在碳化硅开发高效的量子纳米光子硬件。此外，我们提出了三个领域的应用：TE通滤波器，TM通滤波器，和高反射率的光子晶体镜，它可以用于有效的收集和传播模式选择的光发射。
2023-01-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photoionization current spectroscopy of individual silicon vacancies in silicon carbide
研究通过光电流光谱分析硅碳中单个硅空位的电离行为，揭示其电离截面随波长变化的特性，并优化光电磁读出中的缺陷信号。
2025-11-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Quantum Information Processing With Integrated Silicon Carbide Photonics
本文围绕集成碳化硅光子学平台，梳理其色心器件的研究进展，对该平台在量子网络、模拟与计算三大领域的应用作用开展概念与定量分析。
2022-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spin-Acoustic Control of Silicon Vacancies in 4H Silicon Carbide
我们证明了直接的，声学介导的自旋控制自然发生的带负电荷的硅单空位（V $_{Si}^-$）在高品质因数横向泛音体声波谐振器制造出的高纯度半绝缘4 H-碳化硅。我们比较了硅单空位的频率响应的射频磁驱动通过光学检测的磁共振和谐振器的自己的射频声学驱动通过光学检测的自旋声学共振，并观察到一个狭窄的自旋过渡到近的线宽的驱动声学共振。我们表明，声学驱动可以在室温下诱导相干布居振荡。然后利用自旋声共振对横向泛音体声波谐振器进行应力计量，首次显示了体声波谐振器内部的应力分布。我们的工作可以应用于高品质因数的微电子机械系统的表征，并有可能扩展到机械寻址的量子存储器。
2022-05-31 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Terahertz emission from silicon carbide nanostructures
首次在硅上的碳化硅纳米结构中检测到中远红外电致发光，发现纵向漏源电流通过量子法拉第效应在边缘通道诱导出3.4和0.12 THz的太赫兹辐射。
2023-09-07 cond-mat.mes-hall
Spin polarization through Intersystem Crossing in the silicon vacancy of silicon carbide
基于碳化硅（SiC）的缺陷对于量子通信、量子信息处理和下一代量子传感器是有希望的，因为它们具有长相干时间、接近电信的频率以及光学和微波跃迁。对于这样的应用，自旋态的有效初始化是必要的。我们开发了一个理论描述的自旋极化过程中使用的硅空位缺陷，这是使光驱动，自旋轨道耦合，并与振动模式的相互作用的组合的系统间交叉。通过使用不同的光盘驱动器，我们分析了两个自旋极化通道。有趣的是，我们发现不同的自旋投影的基态流形可以极化。这项工作有助于理解硅空位的初始化和读出，并解释了一些现有的实验与SiC中的硅空位中心。
2018-11-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Work Function of Single-wall Silicon Carbide Nanotube
采用第一性原理计算，研究了单壁碳化硅纳米管（SiCNT）的功函数。功函数被发现是高度依赖于管的手性和直径。它随着管直径的减小而增大。锯齿形SiCNT的功函数总是大于扶手椅形SiCNT的功函数。我们发现，锯齿形和扶手椅型SiCNT的功函数之间的差异来自于它们不同的本征电子结构，其中锯齿形SiCNT的费米能级以上的单简并能带是具体负责。我们的发现提供了潜在的用途，SiCNT的场发射器件。
2011-01-07 cond-mat.mes-hall
Quantum photonics in triangular-cross-section nanodevices in silicon carbide
碳化硅正在发展成为实现量子信息处理硬件的重要固态平台。角蚀刻纳米器件正在成为一种解决方案，光子集成在大块基板的颜色中心是最好的定义。我们利用时域差分法和时域差分本征解方法模拟了三角形截面波导和光子晶体腔。我们分析了这些器件的模式内的最佳色心定位，并提供了在量子通信中应用的纳米腔中可实现的Purcell增强的估计。利用开放量子系统模型，研究了SiC中多个色心耦合到单个腔和光子晶体分子的发射极-腔相互作用.我们观察到极化激元和亚辐射态形成的腔量子电动力学适用于量子模拟的腔保护制度。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Visible Photoluminescence from Cubic (3C) Silicon Carbide Microdisks Coupled to High Quality Whispering Gallery Modes
我们提出了立方（3C）碳化硅微盘谐振器的设计，制造和表征具有高品质因数模式在可见光和近红外波长（600 - 950 nm）。利用激光扫描共聚焦显微镜在室温下测量了品质因数高达2,300的回音壁模式和相应的模式体积V ~ 2（λ/n）^3。我们得到了良好的对应关系的横磁（TM）和横电（TE）极化共振使用时域有限差分法（FDTD）模拟和实验中观察到的。这些基于3C-SiC谐振器中光学活性杂质的集合体的结构可以在非线性和量子光子学的各种应用中发挥重要作用，包括低功率光开关和量子存储器。
2014-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Coherent control of defect spins in silicon carbide above 550 K
由于碳化硅中的缺陷具有良好的光学和自旋特性，人们对其进行了大量的研究。然而，大多数研究都是在低温和室温下进行的。关于高温下的自旋相干性质知之甚少。在这里，我们的实验表明，在550 K以上的碳化硅双空位缺陷自旋的相干控制。研究了从室温到600 K温度范围内缺陷的自旋特性，发现零场分裂与温度呈多项式关系，自旋相干时间随温度的升高而减小.此外，作为一个应用的例子，我们演示了一个热传感使用拉姆齐方法在约450 K。我们的实验结果将有助于研究缺陷自旋的高温特性和碳化硅基宽温区量子传感。
2018-10-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Laser writing of scalable single colour centre in silicon carbide
碳化硅（SiC）单光子发射体作为量子光子系统正引起人们的关注。然而，为了实现可扩展的设备，必须根据需要在期望的位置产生单光子发射器。在这里，我们报告的控制创建单硅空位（$V_{Si}$）中心在4 H-SiC使用激光写入没有任何后退火过程。由于在写入设备和非退火过程中的像差校正，我们产生单$V_{Si}$中心，产率高达30%，位于约80 nm的横向平面中的所需位置。我们还研究了激光写入$V_{Si}$中心的光物理，并得出结论，大约有16个光子参与了激光写入$V_{Si}$中心的过程。我们的研究结果代表了一个强大的工具，在量子技术的SiC单$V_{Si}$中心的制造，并提供了进一步的见解激光写入缺陷的电介质材料。
2018-12-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
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
Cavity-enhanced measurements of defect spins in silicon carbide
在广泛使用的半导体中识别新的固态缺陷量子位候选者有可能使纳米制造设备用于增强量子位测量和控制操作。特别是，最近发现的碳化硅薄膜中的光学活性自旋态提供了一个可扩展的路线，将缺陷量子位到芯片上的光子器件。在这里，我们演示了使用3C碳化硅光子晶体腔增强色心缺陷自旋系综的激发，以增加测量的光致发光信号计数率，光学检测的磁共振信号强度，和光学自旋初始化率。我们观察到的光致发光和ODMR信号从腔共振激发激发Ky5色心的增加了30倍，并增加了基态自旋初始化率约2倍。此外，我们表明，小的激发模式体积和增强的激发和收集效率提供的结构可以用来研究非均匀加宽缺陷量子位系综。这些结果突出了纳米制造设备为工程设计色心缺陷量子比特的局部光子环境提供的一些好处，以实现量子信息和传感中的应用。
2015-10-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
On-demand generation of shallow silicon vacancy in silicon carbide
碳化硅中的缺陷已经被探索为量子技术中有前途的自旋系统。然而，对于实际的量子精密测量和量子通信，实现按需的浅自旋缺陷产生是至关重要的。在这项工作中，我们提出的产生和表征的浅硅空位在碳化硅中通过使用不同的注入离子和退火条件。在较宽的注量范围内，氦离子对硅空位的转换效率高于碳离子和氢离子。优化退火条件后，转换效率可提高2倍以上。由于所产生的系综缺陷的高密度，感测静态磁场的灵敏度可以高达，这是约15倍高于先前的结果。通过仔细优化注入条件，我们进一步表明可以产生单个硅空位阵列，转换效率约为80%，达到固态系统中的最高转换产率。研究结果为利用按需产生的浅硅空位进行量子信息处理和量子光子学研究奠定了基础。
2018-10-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Spin-photon entanglement interfaces in silicon carbide defect centers
固态系统中的光学活性自旋可以被设计成发射与固体中的自旋纠缠的光子。这允许诸如量子通信、量子密钥分发和分布式量子计算之类的应用。最近，人们对碳化硅缺陷产生了浓厚的兴趣，因为它们发射的波长非常接近电信波长，使它们成为远程量子通信的优秀候选者。在这项工作中，我们制定了明确的计划，自旋光子纠缠在几个SiC缺陷：硅单空位，硅双空位，和NV中心的SiC。给出了不同的方法（i）单光子和自旋纠缠和（ii）纠缠光子长串的产生。后者被称为簇状态，并且包括用于基于测量的量子信息处理的资源。
2016-11-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent control of single spins in silicon carbide at room temperature
固体中的自旋是量子自旋电子学的基石。领先的竞争者，如钻石中的缺陷，或硅中的个别磷掺杂剂，已经显示出惊人的进展，但要么错过了既定的纳米技术或有效的自旋光子界面。碳化硅（SiC）结合了两种系统的优点：它具有大的带隙和深缺陷，并受益于成熟的制造技术。在这里，我们报告的光致发光和光学自旋极化的SiC中的单硅空位的表征，并证明，单自旋可以在室温下解决。我们展示了单个缺陷自旋的相干控制，并在环境条件下发现了长自旋相干时间。我们的研究提供了证据，SiC是一个有前途的系统，原子尺度的自旋电子学和量子技术。
2014-10-31 cond-mat.mes-hall
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
Vibrational properties of epitaxial graphene buffer layer on silicon carbide
本文通过第一性原理计算研究碳化硅上外延石墨烯缓冲层的振动性质，发现其声子呈准色散且热振动离域于衬底，为热电应用提供新前景。
2025-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Spin-Acoustic Resonance in Silicon Carbide at Room Temperature
我们报道了室温下碳化硅中原子尺度中心的声驱动自旋共振。具体地说，我们使用表面声波腔，选择性地解决自旋跃迁的磁量子数的差异$\pm$ 1和$\pm$ 2在没有外部微波电磁场。这些自旋声学共振揭示了静态磁场取向的非平凡依赖性，这归因于结合半整数自旋系统的奇特性质的声场的固有对称性。我们发展了一个自旋-声学相互作用的微观模型，它描述了我们的实验数据没有拟合参数。此外，我们预测，行波导致手征自旋声共振，这改变后，磁场反转。这些结果确立了碳化硅作为一个非常有前途的混合平台，用于在室温下实现工程相互作用的片上自旋光机械量子控制。
2020-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nano-Objects Developing at Graphene/Silicon Carbide Interface
我们使用扫描隧道显微镜和光谱学来研究在C面4 H-SiC（000-1）衬底上生长的外延石墨烯。结果揭示了石墨烯/SiC界面处的惊人纳米物体，导致电子界面态。它们的高度分布表明，这些物体是由垂直限制并在SiC表面形成台面的填充碳纳米管制成的。我们还发现了石墨烯层覆盖的纳米裂纹，令人惊讶的是，它没有破裂，没有电子界面状态。因此，与上述纳米物体不同，这些裂纹不应影响载流子迁移率。
2009-11-11 cond-mat.mes-hall
Nuclear Spin Quantum Memory in Silicon Carbide
碳化硅（SiC）中的过渡金属（TM）缺陷是量子技术应用的一个有前途的平台。一些TM缺陷，例如钒，在电信频带中的一个中发射，但是大的基态超精细流形对于需要纯量子态的应用提出了问题。我们开发了一个驱动的，耗散的协议来抑制核自旋，基于严格的理论模型的缺陷。我们进一步表明，核自旋极化使使用众所周知的方法初始化和长时间相干存储的量子态。因此，所提出的核自旋制备方案标志着在SiC中使用TM缺陷的量子技术的全光学控制集成平台的第一步。
2022-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Degeneracy-breaking and Long-lived Multimode Microwave Electromechanical Systems Enabled by Cubic Silicon-Carbide Membrane Crystals
本研究利用立方碳化硅（3C-SiC）薄膜晶体的高热导率与面内应力特性，揭示其简并破缺现象并实现高Q机械模式，构建相干机电界面控制21个模式，实现长达1小时的可调谐光减速及模式间相干能量传递，为量子信息处理提供新途径。
2025-02-11 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus physics.optics
Coherent Manipulation with Resonant Excitation and Single Emitter Creation of Nitrogen Vacancy Centers in 4H Silicon Carbide
碳化硅（SiC）由于其能够承载光学可寻址的自旋量子位和晶圆尺寸的样品，已成为实现可扩展量子技术的关键参与者。在这里，我们已经证明了光学检测磁共振（ODMR）与共振激发，并清楚地确定了基态能级的NV中心在4 H-SiC。用Rabi和Ramsey振荡实现了SiC中NV中心的相干操纵。最后，我们成功地产生和表征的单氮空位（NV）中心的SiC采用离子注入。我们的研究结果是突出的关键作用的NV中心在SiC作为一个潜在的候选量子信息处理。
2022-10-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Coherent control of nitrogen-vacancy center spins in silicon carbide at room temperature
具有可操纵自旋量子比特和远程通信荧光的固态色心是量子通信和分布式量子计算的理想平台。在这项工作中，我们相干控制的氮空位（NV）在碳化硅中心自旋在室温下，其中检测到的电信波长的发射。我们通过优化注入条件将NV浓度提高了六倍。因此，在室温下实现了NV中心自旋的相干控制，并且相干时间T2可以达到约17.1 μs。此外，单NV中心的荧光性质的研究表明，它们是室温光稳定的电信范围内的单光子源。利用技术成熟的材料，实验表明，碳化硅中的NV中心是大规模集成量子光子学和长距离量子网络的有前途的平台。
2020-05-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bright and photostable single-photon emitter in silicon carbide
单光子源在量子通信、量子计算和量子精密测量中具有极其重要的意义。特别是，人们对实现可扩展的固态平台非常感兴趣，这些平台可以根据需要发射触发光子以实现可扩展的纳米光子网络。我们报道了一种4H碳化硅（SiC）可见光谱单光子发射体。发射器在室温和低温下是光稳定的，使得来自未图案化的块状SiC的每秒光子计数超过2 $\times$ × 10 $^6$。它存在于两个正交的偏振态，具有平行的吸收和发射偶极取向。低温测量揭示了一个狭窄的零声子线（线宽$<0.1~$ nm），占总的光致发光光谱的$>30$ %。
2021-02-25 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
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
High-fidelity spin and optical control of single silicon vacancy centres in silicon carbide
可扩展量子网络中的光接口自旋。到目前为止，稳健和可靠的光学性质仅限于具有反转对称性的系统。在这里，我们通过展示碳化硅中单个硅空位中心的出色光学和自旋特性来释放这种严格的约束。尽管缺乏反演对称性，但系统的特殊波函数对称性使其光学性质与磁场和电场以及局部应变无关。这提供了高保真度的自旋-光子界面，其具有异常稳定和窄的光学跃迁、低不均匀加宽和大部分共振发射的光子。此外，弱自旋-声子耦合导致电子自旋相干时间与金刚石中的氮空位中心相当。这使我们能够证明与单个核自旋的相干超精细耦合，这可以用作量子位记忆。我们的研究结果承诺使用集成的基于半导体的自旋到光子接口的量子网络应用。
2018-10-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-efficiency generation of nanoscale single silicon vacancy defect array in silicon carbide
近年来，碳化硅色心由于其优异的性能，如单光子发射、良好的光稳定性和即使在室温下也具有长的自旋相干时间而越来越受到人们的关注。与广泛用于保持氮空位中心的金刚石相比，SiC具有大规模，高质量和低成本生长的优势，以及先进的光电子制造技术，导致大规模量子工程的前景。在本文中，我们报告的实验演示的纳米$V_{Si}$单缺陷阵列的产生，通过离子注入，而不需要退火。$V_{Si}$缺陷以几十纳米的分辨率在预定位置产生。这可以有助于将$V_{Si}$缺陷与光子结构集成，这反过来可以在将其用于自旋光子量子网络时提高$V_{Si}$缺陷的发射和收集效率。另一方面，缺陷是浅的，并且它们在表面之下生成$\sim 40nm$，这可以用作量子传感应用中的关键资源。
2016-10-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Thermoelectric Properties of Silicon Carbide Nanowires with Nitrogen Dopants and Vacancies
采用原子模拟方法研究了含氮杂质和[111]方向空位的立方相掺锌碳化硅纳米线（SiCNW）的热电性能。研究发现，通过掺杂N杂质和制造Si空位，可以显著提高SiCNW的热电优值ZT。为了获得大的ZT，我们研究了可能的能量稳定的配置，并披露，当N掺杂剂位于中心，少量的Si空位在角落是最有利的n型纳米线，而大量的Si空位扩展到平坦的边缘位置是最有利的p型纳米线。对于直径为1.1 nm、长度为4.6 nm的SiCNW，在900 K时，n型的ZT值可达1.78。还讨论了长SiCNW获得较高ZT值的条件。
2012-02-24 cond-mat.mes-hall
Electron Spin Decoherence in Silicon Carbide Nuclear Spin Bath
本文研究了碳化硅（SiC）核旋浴中单个缺陷的电子自旋退相干。我们发现，虽然$^{29}\rm{Si}$（$p_{\rm{Si}}=4.7\%$）的天然丰度比$^{13}{\rm C}$（$p_{\rm{C}}=1.1\%$）大4倍左右，但强磁场下SiC核自旋浴中缺陷中心（$B>300~\rm{Gauss}$）的电子自旋相干时间比金刚石中$^{13}{\rm C}$核自旋浴中氮空位（NV）中心的电子自旋相干时间长。这一反直觉结果的原因是有限磁场中异质核自旋翻转过程的抑制。结果表明，SiC中缺陷中心的电子自旋是量子信息处理中固态自旋量子比特的理想候选者。
2014-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Origins of anomalous electronic structures of epitaxial graphene on silicon carbide
在第一性原理计算的基础上，我们报道了在石墨烯和碳化硅表面之间出现了一种新的界面原子结构，破坏了石墨烯的狄拉克点，并在那里打开了一个相当大的能隙。在计算的原子结构，准周期$6\times 6$域模式出现了一个更大的相称的$6\sqrt{3}\times6\sqrt{3}R30^\circ$周期性的界面重建，解决了长期存在的实验争议的周期性的界面超结构。我们的理论能谱在石墨烯的Dirac点处显示出带隙和带隙中间态，这与最近观察到的异常角分辨光电子能谱非常一致。除了解决外延石墨烯无法解释的问题之外，我们的原子研究可能提供一种方法来设计衬底上石墨烯的能隙。
2008-04-29 cond-mat.mes-hall 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
Dipolar spin relaxation of divacancy qubits in silicon carbide
碳化硅中的双空位自旋在工业半导体主机中实现具有出色特性和能力的量子位。另一方面，关于双空位点缺陷的物理性质仍有许多未解决的问题，例如自旋弛豫尚未得到深入研究。本文对4 H-SiC中双空位量子比特的环境自旋诱导自旋弛豫过程进行了理论研究。我们揭示了所有相关的磁场值的纵向自旋弛豫时间T $_1$下降共振由于耦合到核自旋或电子自旋。我们定量分析了T $_1$时间与点缺陷自旋浓度和所施加的磁场的关系，并给出了解析表达式。我们表明，偶极自旋弛豫起着重要的作用，无论是在生长和离子注入样品，它往往限制了4 H-SiC的相干时间。
2021-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
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
Coherent spin dynamics of hyperfine-coupled vanadium impurities in silicon carbide
量子技术的进步在很大程度上是通过金刚石中的氮空位中心实现的。然而，它的部分性质是不理想的，这推动了对其他自旋活性晶体缺陷的研究。其中一些具有更强的自旋轨道和超精细耦合的能量标度，但这如何影响它们的自旋相干性却很少探索。碳化硅中的钒就是这样一种系统，其在电信波长的光发射和与半导体工业的兼容性具有技术兴趣。在这里，我们展示了相干自旋动力学的钒缺陷周围的时钟过渡，研究而孤立，或耦合到邻近的核自旋的合奏。我们发现自旋退相时间高达7.2 $μ$ s，并通过自旋回波研究相干寿命远远超过几十微秒。我们展示了操作点，其中强耦合到相邻的核自旋不妥协的中心钒自旋的相干性，这确定了如何将这些可以作为一个相干的自旋寄存器。我们的研究结果是相关的理解具有类似的能量尺度和晶体对称性，目前在金刚石，碳化硅和六方氮化硼探索的缺陷的广泛类别。
2022-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
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
Stacking domain morphology in epitaxial graphene on silicon carbide
可以通过热分解在碳化硅上的碳缓冲层的顶部上生长平台尺寸的、单取向的石墨烯。尽管其外观均匀，但观察到电子输运性质的惊人的大变化。在这里，我们采用像差校正低能电子显微镜（AC-LEEM）来研究这种变异性的可能原因。我们表征了高质量样品的石墨烯和缓冲层之间的堆叠域的形态。类似于扭曲双层石墨烯的情况，在生长温度下石墨烯层和缓冲层之间的晶格失配导致具有AB和BA堆叠之间的域边界的莫尔图案。我们分析这个莫尔图案来表征相对应变并计算刃位错的数量。此外，我们表明，外延石墨烯在碳化硅上是接近相变，导致本征无序的形式共存的各向异性条纹域和各向同性的三角域。使用自适应几何相位分析，我们确定精确的相对应变变化所造成的这些领域。我们观察到，SiC衬底的台阶边缘的域的取向的影响，我们讨论的生长过程中的哪些方面影响这些效果通过比较来自不同来源的样品。
2022-07-29 cond-mat.mes-hall 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
