以碳化硅晶体形成色心

碳化硅(SiC)是一种因其从磨料到汽车制动器以及高温电力电子应用而闻名的韧性材料，因其对量子技术的潜力而重新受到关注。它能够容纳光学上可激发的缺陷，称为色心，使其成为成为量子计算构建模块的有力候选材料。

现在，一组研究人员已经创建了一份“食谱”列表，物理学家可以用它来创建特定类型的缺陷，并在SiC中具有所需的光学特性。在系统地探索色心的第一次尝试之一中，该小组使用质子辐照技术在碳化硅中产生色心。他们调整了质子剂量和温度，以找到可靠地产生所需类型色心的合适条件。该团队在AIP Publishing的应用物理快报中报告了他们的发现。

SiC晶体晶格中的原子缺陷产生了可以发射具有独特光谱特征的光子的色心。虽然一些考虑用于量子计算的材料需要低温低温，但SiC中的色心可以在室温下发射。随着越来越小的设备的推出继续进入原子级传感器和单光子发射器，利用现有SiC集成电路技术的能力使该材料成为一个出色的候选者。

为了制造这些缺陷，Michael Krieger和他的同事用质子轰击了SiC样品。然后，团队让SiC经历称为退火的加热阶段。“我们对这些水晶造成了很大的破坏，”克里格说。“但是，在退火过程中，晶体结构会恢复，但也会形成缺陷 - 其中一些是所需的色心。”

为确保其配方与通常的半导体技术兼容，该集团选择使用质子辐照。此外，这种方法不需要像用于产生色心的其他技术那样的电子加速器或核反应堆。

使用不同剂量和退火温度的数据表明，SiC中产生的缺陷遵循一种模式。最初质子在晶体中主要产生硅空位，然后这些空位依次转变成其他缺陷复合物。

研究缺陷的低温光致发光光谱使该团队发现了三个以前未报告过的特征。显示三条温度稳定(TS)线与质子剂量和退火温度相关。

Krieger表示，这些TS生产线具有令人兴奋的特性，并且随着该集团希望利用和控制这些缺陷用于基于SiC的量子技术设备，已经进行了进一步的研究。