碳化硅(SiC)是一種因其從磨料到汽車制動器以及高溫電力電子應(yīng)用而聞名的韌性材料，因其對量子技術(shù)的潛力而重新受到關(guān)注。它能夠容納光學(xué)上可激發(fā)的缺陷，稱為色心，使其成為成為量子計算構(gòu)建模塊的有力候選材料。

現(xiàn)在，一組研究人員已經(jīng)創(chuàng)建了一份“食譜”列表，物理學(xué)家可以用它來創(chuàng)建特定類型的缺陷，并在SiC中具有所需的光學(xué)特性。在系統(tǒng)地探索色心的第一次嘗試之一中，該小組使用質(zhì)子輻照技術(shù)在碳化硅中產(chǎn)生色心。他們調(diào)整了質(zhì)子劑量和溫度，以找到可靠地產(chǎn)生所需類型色心的合適條件。該團(tuán)隊在AIP Publishing的應(yīng)用物理快報中報告了他們的發(fā)現(xiàn)。

SiC晶體晶格中的原子缺陷產(chǎn)生了可以發(fā)射具有獨(dú)特光譜特征的光子的色心。雖然一些考慮用于量子計算的材料需要低溫低溫，但SiC中的色心可以在室溫下發(fā)射。隨著越來越小的設(shè)備的推出繼續(xù)進(jìn)入原子級傳感器和單光子發(fā)射器，利用現(xiàn)有SiC集成電路技術(shù)的能力使該材料成為一個出色的候選者。

為了制造這些缺陷，Michael Krieger和他的同事用質(zhì)子轟擊了SiC樣品。然后，團(tuán)隊讓SiC經(jīng)歷稱為退火的加熱階段。“我們對這些水晶造成了很大的破壞，”克里格說。“但是，在退火過程中，晶體結(jié)構(gòu)會恢復(fù)，但也會形成缺陷 - 其中一些是所需的色心。”

為確保其配方與通常的半導(dǎo)體技術(shù)兼容，該集團(tuán)選擇使用質(zhì)子輻照。此外，這種方法不需要像用于產(chǎn)生色心的其他技術(shù)那樣的電子加速器或核反應(yīng)堆。

使用不同劑量和退火溫度的數(shù)據(jù)表明，SiC中產(chǎn)生的缺陷遵循一種模式。最初質(zhì)子在晶體中主要產(chǎn)生硅空位，然后這些空位依次轉(zhuǎn)變成其他缺陷復(fù)合物。

研究缺陷的低溫光致發(fā)光光譜使該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了三個以前未報告過的特征。顯示三條溫度穩(wěn)定(TS)線與質(zhì)子劑量和退火溫度相關(guān)。

Krieger表示，這些TS生產(chǎn)線具有令人興奮的特性，并且隨著該集團(tuán)希望利用和控制這些缺陷用于基于SiC的量子技術(shù)設(shè)備，已經(jīng)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。