研究者は 2 つの制御を一貫して実現

2023 年 6 月 14 日

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中国科学技術大学による

Guo Guangcan教授率いるチームは、ウィグナー物理学研究センターとの共同研究により、85%という優れた確率で新しいスピン欠陥を発見する新しいアプローチを明らかにし、六方晶系窒化ホウ素の超高輝度単一スピンのコヒーレント制御を達成した。 (hBN) 室温で。 この研究はNature Communications誌に掲載された。

固体スピン欠陥は、ダイヤモンドの窒素空孔 (NV) 中心など、量子情報において非常に重要であり、量子コンピューティングや量子ネットワークに広く応用されています。 二次元材料 hBN は、色中心スピン欠陥の顕著なホストであると考えられています。 hBN のスピン欠陥は、二次元量子デバイスや集積量子ナノデバイスにおける利点として大きな注目を集めています。

hBN で発見されたスピン欠陥の中で、負に帯電したホウ素空孔 (VB-) 欠陥が最も一般的なものです。 郭教授のチームの研究者らは以前の研究で、VB欠陥に基づく温度依存性の測定を実施し、マルチスピンVB中心のコヒーレントなダイナミクスを実証した。

彼らは、光学遷移の量子効率が低いため、単一の VB 欠陥を検出するのが難しいことを発見しました。 VB 欠陥のフォトルミネッセンスの増強に関するいくつかの報告にもかかわらず、単一スピンのコヒーレントな制御を観察することは依然として課題です。

この研究では、研究者らは毛細管力を利用して、hBN 粉末サンプル中の個々の色中心を分離することに成功しました。 彼らは、85% という優れた確率で超高輝度シングルスピン カラーセンターのクラスを発見しました。これは、以前の方法と比較して 21 倍強化されました。

次に研究者らは、顕著なバンチング防止特性と、これまでに hBN で見つかった単一スピン色中心の最大の蛍光数である 25 MHz までの光子放射率を備えたその光学特性を測定しました。 彼らはさらにそのラビ振動信号を捕捉し、ハーンエコー実験を実施しました。 hBN のシングルスピン色中心が室温で操作されたのは初めてであり、量子情報の応用における新たな段階を表しています。

さらに研究者らは、この色中心欠陥の構造を解明するための第一原理計算を実現した。 炭素 - 酸素ドーパントの複合体がこのタイプのシングルスピン色中心欠陥の原因である可能性があり、シミュレーションされた CNCB3 モデルの光学検出磁気共鳴 (ODMR) スペクトルは実験結果と一致しています。

室温での hBN の超高輝度単一スピンのコヒーレント制御は、量子領域で飛躍的な進歩を遂げ、光学的に制御可能なスピンのアドレス指定の可能性をもたらします。

詳しくは： Nai-Jie Guo 他、室温における六方晶窒化ホウ素の超高輝度単一スピンのコヒーレント制御、Nature Communications (2023)。 DOI: 10.1038/s41467-023-38672-6

雑誌情報:ネイチャーコミュニケーションズ

中国科学技術大学提供