紐約城市學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種操縱半導(dǎo)體缺陷的新方法。該研究為新型精確傳感或物理分離的量子位之間的量子信息傳輸以及提高對半導(dǎo)體中電荷傳輸?shù)幕纠斫馓峁┝擞邢Ｍ臋C會。
使用激光光學(xué)和共聚焦顯微鏡，研究人員證明他們可以在激光照射下使一個缺陷彈出電荷——孔——允許另一個缺陷在幾微米外捕獲它們。然后通過電荷捕獲將后一種缺陷的電荷狀態(tài)從負(fù)變?yōu)橹行浴?/p>
該研究利用了一種特殊類型的點缺陷——金剛石中的氮空位中心。這些色心具有自旋——一種由基本粒子攜帶的固有角動量形式——使它們對量子傳感和量子信息處理具有吸引力。研究人員使用特定的協(xié)議根據(jù)其自旋投影過濾掉僅源自氮空位的電荷。
“關(guān)鍵是隔離源的缺陷，只有氮空位存在，這是我們通過對缺陷的自旋狀態(tài)使得電荷排出條件實現(xiàn)了”說阿圖爾Lozovoi，物理學(xué)在紐約城市學(xué)院的博士后研究員司科學(xué)和論文的第一作者。“另一個關(guān)鍵方面是擁有一顆“干凈”的鉆石，其缺陷盡可能少。然后，缺陷和空穴之間的長程有吸引力的庫侖相互作用大大增加了電荷朝向目標(biāo)的可能性，這最終使我們的觀察成為可能。”
本研究發(fā)現(xiàn)，在清潔材料中，電荷傳輸效率比之前實驗中觀察到的高一千倍，研究人員將這種現(xiàn)象描述為“巨大的捕獲截面”。這一發(fā)現(xiàn)可以為在半導(dǎo)體中的色心量子位之間建立量子信息總線鋪平道路。
Lozovoi 補充說：“這種由單個缺陷捕獲電荷的過程之前僅在理論上進(jìn)行過描述。”“現(xiàn)在有一個實驗平臺，使我們能夠研究這些缺陷如何與晶體中的自由電荷相互作用，以及我們?nèi)绾螌⑵溆糜诹孔有畔⑻幚怼?rdquo;
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