Centrum křemíku a volných pracovních míst v diamantu - Silicon-vacancy center in diamond - Wikipedia

Model semi-divacancy centra Si-V, který je také běžný pro jiné velké nečistoty v diamantu, jako je Ni, Co, Ge a S.
Luminiscenční mapy centra Si-V v diamantu vytvořeném iontovou implantací: x-y (nahoře) a x-z (dole). Mapa hloubky x-z byla měřena podél černé čáry na horním obrázku.[1]

The křemíkové neobsazené centrum (Si-V) je opticky aktivní přeběhnout v diamant (označované jako centrum barev), které získává stále větší zájem o komunitu výzkumu diamantů. Tento zájem je poháněn především koherentními optickými vlastnostmi Si-V, zejména ve srovnání se známými a rozsáhle studovanými centrum pro uvolnění dusíku (N-V).

Vlastnosti

Krystalografické

Střed Si-V je vytvořen nahrazením dvou sousedních uhlík atomy v diamantová mříž s jedním křemík atom, který se umístí mezi dvě prázdná mřížová místa. Tato konfigurace má D.3d bodová skupina symetrie.

Elektronický

Centrum Si-V je jedno-otvor (spin-1/2) systém se zemními a vzrušenými elektronickými stavy umístěnými v diamantové bandgap. Základní a excitované elektronické stavy mají dva orbitální stavy dělené vazba spin-orbit. Každý z těchto stavů rotace na oběžné dráze je rotací dvojnásobně zdegenerován a toto rozdělení může být ovlivněno napětím mřížky. Fonony v diamantové mřížce přecházejí mezi těmito orbitálními stavy a způsobují rychlou rovnováhu orbitální populace při teplotách nad ca. 1 K.[2]

Všechny čtyři přechody mezi dvěma základními a dvěma vzrušenými orbitálními stavy jsou povoleny dipólem s ostrým nulová telefonní linka (ZPL) při 738 nm (1,68 eV)[3] a minimální fononické postranní pásmo v okně zhruba 20 nm kolem 766 nm.[4] Centrum Si-V emituje mnohem více své emise do svého ZPL, přibližně 70% (Debye – Wallerův faktor 0,7), než většina ostatních optických center v diamantu, jako je centrum pro uvolnění dusíku (Debye – Wallerův faktor ~ 0,04).[5] Centrum Si-V má také vyšší excitované stavy, které se rychle uvolňují do nejnižších excitovaných stavů, což umožňuje mimo rezonanční excitaci.

Střed Si-V má inverzní symetrii a žádný statický elektrický dipólový moment (do prvního řádu); proto je necitlivý vůči Prudký posun které by mohly být výsledkem nehomogenních elektrických polí v diamantové mřížce. Tato vlastnost spolu se slabou vazbou elektronů a fononů vede k úzkému ZPL ve středu Si-V, který je většinou omezen vlastní životností.[6] Jasný fotoluminiscence, úzké optické linky a snadné nalezení opticky nerozeznatelných center Si-V je upřednostňují pro aplikace v pevném stavu kvantová optika.

Roztočit

Ačkoli optické přechody středu Si-V zachovávají elektron roztočit rychlé míchání vyvolané fononem mezi orbitálními stavy Si-V způsobuje dekoherenci spinů. Přesto je možné použít 29Si jaderná rotace Si-V jako a qubit pro kvantová informace aplikace.[7][8]

Reference

  1. ^ Liu, Yan; Chen, Gengxu; Rong, Youying; McGuinness, Liam Paul; Jelezko, Fedor; Tamura, Syuto; Tanii, Takashi; Teraji, Tokuyuki; Onoda, Shinobu; Ohshima, Takeshi; Isoya, Junichi; Shinada, Takahiro; Wu, E; Zeng, Heping (2015). „Přepínání fluorescenční polarizace z jednoho barevného centra pro jedno křemíkové volné místo v diamantu“. Vědecké zprávy. 5: 12244. Bibcode:2015NatSR ... 512244L. doi:10.1038 / srep12244. PMC  4511871. PMID  26202940.
  2. ^ Jahnke, K. D .; Sipahigil, A .; Binder, J. M .; Doherty, M. W .; Metsch, M .; Rogers, L. J .; Manson, N. B .; Lukin, M. D .; Jelezko, F. (duben 2015). "Elektron-fononové procesy křemíkového centra neobsazenosti v diamantu". New Journal of Physics. 17 (4): 043011. arXiv:1411.2871. Bibcode:2015NJPh ... 17d3011J. doi:10.1088/1367-2630/17/4/043011. S2CID  17590913.
  3. ^ Feng, T .; Schwartz, B. D. (1993). „Charakteristiky a původ luminiscenčního centra 1,681 eV v diamantových filmech nanášených chemickými parami“. Journal of Applied Physics. 73 (3): 1415. Bibcode:1993JAP .... 73.1415F. doi:10.1063/1.353239.
  4. ^ Dietrich, A .; Jahnke, K. D .; Binder, J. M .; Teraji, T .; Isoya, J .; Rogers, L. J .; Jelezko, F. (2014). "Izotopově se měnící spektrální rysy neobsazeného křemíku v diamantu". New Journal of Physics. 16 (11): 113019. arXiv:1407.7137. doi:10.1088/1367-2630/16/11/113019. S2CID  119303095.
  5. ^ Aharonovich, I .; Castelletto, S .; Simpson, D. A .; Takový.; Greentree, A. D .; Prawer, S. (2011). "Jednophotonové zářiče na bázi diamantů". Zprávy o pokroku ve fyzice. 74 (7): 076501. Bibcode:2011RPPh ... 74g6501A. doi:10.1088/0034-4885/74/7/076501.
  6. ^ Rogers, L. J .; Jahnke, K. D .; Teraji, T .; Marseglia, L .; Müller, C .; Naydenov, B .; Schauffert, H .; Kranz, C .; Isoya, J .; McGuinness, L. P .; Jelezko, F. (2014). "Více vnitřně identických jednofotonových zářičů v pevném stavu". Příroda komunikace. 5: 4739. arXiv:1310.3804. Bibcode:2014NatCo ... 5.4739R. doi:10.1038 / ncomms5739. PMID  25162729. S2CID  19581092.
  7. ^ Rogers, L. J .; Jahnke, K. D .; Metsch, M. H .; Sipahigil, A .; Binder, J. M .; Teraji, T .; Sumiya, H .; Isoya, J .; Lukin, M. D .; Hemmer, P .; Jelezko, F. (2014). „All-Optical Initialization, Readout, and Coherent Preparation of Single Silicon-Vacancy Spins in Diamond“. Dopisy o fyzické kontrole. 113 (26): 263602. arXiv:1410.1355. Bibcode:2014PhRvL.113z3602R. doi:10.1103 / PhysRevLett.113.263602. PMID  25615330. S2CID  7492043.
  8. ^ Pingault, B .; Becker, J. N .; Schulte, C. H. H .; Arend, C .; Hepp, C .; Godde, T .; Tartakovskii, A. I .; Markham, M .; Becher, C .; Atatüre, M. (2014). „All-Optical Formation of Coherent Dark States of Silicon-Vacancy Spins in Diamond“. Dopisy o fyzické kontrole. 113 (26): 263601. arXiv:1409.4069. Bibcode:2014PhRvL.113z3601P. doi:10.1103 / PhysRevLett.113.263601. PMID  25615329. S2CID  15711479.