硅中单个Er3+离子的快速光电离检测

发布时间：2024-06-12 15:47:42 栏目：生活

导读 高效检测单个光学中心对于量子计算、传感和单光子产生等应用至关重要。例如，金刚石中的氮空位 (NV) 中心在高精度磁场测量方面取得了突破...

高效检测单个光学中心对于量子计算、传感和单光子产生等应用至关重要。例如，金刚石中的氮空位 (NV) 中心在高精度磁场测量方面取得了突破。NV 中心的检测依赖于观察其自旋相关荧光。同样，碳化硅中的光学中心和固体中的稀土离子也有类似的检测机制。然而，这些系统的读出需要收集足够数量的光子作为检测信号，这限制了自旋态读出的保真度。相比之下，量子电子器件中常用的电读出方法可以在更短的时间间隔内提供更高的读出保真度。



中国科学技术大学尹春明教授团队近期在硅基量子技术领域取得重大突破，成功实现硅纳米晶体管中单个Er 3+离子的快速光电离检测，相关成果发表于《国家科学评论》杂志，该论文第一作者为张扬波博士。

2013年，尹春明教授及其同事就已成功实现硅基单电子晶体管中单个Er 3+离子的光电离检测。然而，光电离事件的读出速度受到直流电流测量带宽的极大限制。在这次最新研究中，他们利用射频反射技术，成功实现了硅基单电子晶体管中单个Er 3+离子的快速光电离检测(图1)，每个电离事件的时间分辨率优于100纳秒。基于此技术，他们还研究了硅基纳米器件中单个Er 3+离子的光激发态寿命。

利用射频反射法检测单光学中心为可扩展光量子系统提供了新的可能性，同时该方法有望实现固体中其他单光学中心的快速读出，从而推动单光学中心在可扩展量子系统和高精度传感中的应用。