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May 28, 2023

단일 탄화규소 스핀 컬러 센터의 형광성 향상

2023년 6월 9일 이 기사

2023년 6월 9일

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중국 과학기술대학교

Nano Letters에 온라인으로 게재된 연구에서 중국과학원 중국 과학기술대학의 Li Chuanfeng 교수와 Xu Jinshi 박사가 이끄는 팀은 단일 탄화규소 스핀 결함의 형광을 향상시키는 데 진전을 이루었습니다.

연구진은 표면 플라즈몬을 활용하여 단일 탄화 규소 이중 공공 PL6 색상 중심의 형광 밝기를 현저히 향상시켜 동일 평면 도파관의 특성을 사용하여 스핀 제어 효율성을 향상시켰습니다. 이 저비용 방법은 복잡한 마이크로 나노 처리 기술을 요구하지 않으며 컬러 센터의 일관성 특성을 손상시키지도 않습니다.

고체 시스템의 스핀 컬러 센터는 양자 정보 처리에 중요하며, 형광의 밝기는 실제 양자 응용에 필수적인 매개변수입니다.

전통적으로 스핀 컬러 센터의 형광을 향상시키는 것은 고체 침지 렌즈, 나노기둥, 황소 눈 구조, 광결정 미세공동 및 섬유 공동의 제조와 같은 다양한 방식을 포괄하는 일반적인 방법인 고체 마이크로 나노구조와 결합하는 것을 포함합니다. 그럼에도 불구하고 복잡한 마이크로 나노 제조 공정에 대한 색상 중심 스핀 특성의 민감성, 특정 색상 중심을 마이크로 나노 구조와 정렬하는 어려움 등의 과제가 남아 있습니다.

새로운 접근법을 개척한 연구팀은 플라즈몬을 사용하여 탄화규소의 스핀 중심의 형광을 향상시켰습니다. 연구진은 화학적, 기계적 연마를 통해 두께 약 10 마이크로미터의 탄화규소 박막을 준비했다. 그들은 이온 주입 기술을 사용하여 필름에 표면 근처의 확산 색상 센터를 만들었습니다.

반 데르 발스 힘을 활용하여 필름을 뒤집어 동일 평면의 금 도파관으로 코팅된 실리콘 웨이퍼에 부착했습니다. 이러한 위치 지정을 통해 표면 근처 색상 중심이 금 도파관의 표면 플라즈몬의 영향을 받게 되어 색상 중심의 형광이 향상됩니다.

대물렌즈(개구수 0.85)와 표면 플라즈몬 강화 효과를 통해 연구진은 단일 PL6 색상 센터의 밝기를 7배 향상시켰습니다. 개구수 1.3의 오일 렌즈를 사용하면 컬러 센터의 형광이 초당 100만 번을 넘었습니다.

게다가, 연구진은 반응성 이온 에칭 공정으로 필름 두께를 조정하여 표면 근처 색 중심과 동일 평면 도파관 사이의 거리를 정밀하게 조작할 수 있었으며 이를 통해 최적의 작동 범위를 연구할 수 있었습니다. 표면 플라즈몬을 생성하는 것 외에도 동일 평면의 금 도파관을 사용하여 마이크로파를 효율적으로 방출하여 스핀 제어 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

동일 평면 도파관은 기존 마이크로파 방사 방법과 비교하여 동일한 마이크로파 전력에서 단일 PL6 색상 중심의 Rabi 주파수를 14배 증가시켰습니다.

또한, 연구진은 형광 강화 메커니즘을 조사했습니다. 3단계 모델을 사용하여 자기상관 함수를 피팅하고 비공진 여기 형광 수명을 측정함으로써 표면 플라즈몬이 색 중심 에너지 수준의 복사 전이 속도를 증가시켜 형광 휘도를 향상시키는 것을 확인했습니다.