中國科大實現(xiàn)室溫下二維材料固態(tài)自旋色心的相干操控

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記者24日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、唐建順、王軼韜等人與合作者合作，發(fā)現(xiàn)六方氮化硼(hBN)中一類超亮的具有優(yōu)異光學性質(zhì)和自旋性質(zhì)的單自旋色心，并實現(xiàn)了對其在室溫下的相干操控。研究成果日前發(fā)表在國際期刊《自然·通訊》上。

固態(tài)自旋色心是實現(xiàn)量子信息技術(shù)的重要體系之一，比較著名的是金剛石中的NV色心，目前已經(jīng)在量子計算、量子傳感、量子網(wǎng)絡等方面取得重要進展。近年來，寬禁帶材料hBN被證明是自旋色心的優(yōu)秀宿主，由于其二維特性，在低維量子器件制備、近場傳感探測等方面相對于三維體材料有特殊優(yōu)勢，hBN中的自旋色心已成為當前的一個研究熱點。

hBN中已發(fā)現(xiàn)的自旋色心包括帶負電硼空位色心(VB-)和幾類與碳相關(guān)色心。但是，由于VB-的量子效率極低，至今仍未能發(fā)現(xiàn)VB-的單自旋色心。近期也陸續(xù)報道了幾種與碳相關(guān)的單自旋色心，但是未能演示單自旋色心的相干操控。

中國科大供圖

研究組利用毛細作用力有效地分離出了hBN粉末樣品中的單個色心，并通過該方法以85%的幾率發(fā)現(xiàn)了一類超亮的單自旋色心，比此前觀測單自旋色心方法的幾率提升了21倍。隨后研究組表征了其優(yōu)異的光學性質(zhì)，發(fā)光具有顯著的光子反聚束特征，光子發(fā)射率高達25MHz，是目前hBN中已發(fā)現(xiàn)單自旋色心中熒光計數(shù)最高的。研究組進一步對此單自旋色心進行了室溫相干操控，測到了其拉比振蕩信號，并進行了自旋回波實驗等。

這項成果是國際上首次對hBN中的單自旋色心進行室溫自旋操控，邁出了利用二維材料自旋實現(xiàn)量子信息應用的重要一步。

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