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May 28, 2023

Melhorando a fluorescência de centros de cores de rotação de carboneto de silício simples

9 de junho de 2023 Este artigo

9 de junho de 2023

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pela Universidade de Ciência e Tecnologia da China

Em um estudo publicado online na Nano Letters, a equipe liderada pelo Prof. Li Chuanfeng e pelo Dr. Xu Jinshi, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China da Academia Chinesa de Ciências, fez progressos no aumento da fluorescência de defeitos de rotação de carbeto de silício simples.

Os pesquisadores aproveitaram os plasmons de superfície para aumentar acentuadamente o brilho da fluorescência dos centros de cores PL6 de dupla vacância de carboneto de silício único, levando a uma melhoria na eficiência do controle de rotação usando as propriedades dos guias de onda coplanares. Este método de baixo custo não exige tecnologia de processamento micro-nano complexa nem compromete as propriedades de coerência dos centros de cores.

Os centros de cores de rotação em sistemas de estado sólido são cruciais para o processamento de informações quânticas, e o brilho de sua fluorescência é um parâmetro vital para aplicações quânticas práticas.

Tradicionalmente, aumentar a fluorescência dos centros de cores giratórios envolve acoplá-los a micronanoestruturas de estado sólido, um método comum que abrange vários esquemas, como a fabricação de lentes de imersão sólidas, nanopilares, estruturas de olho de boi, microcavidades de cristal fotônico e cavidades de fibra. No entanto, permanecem desafios, como a suscetibilidade das propriedades de rotação do centro de cores a complexos processos de fabricação de micro-nano e a dificuldade de alinhar centros de cores específicos com estruturas de micro-nano.

Pioneira em uma nova abordagem, a equipe usou plasmons para aumentar a fluorescência dos centros de spin em carboneto de silício. Os pesquisadores prepararam uma película fina de carboneto de silício de cerca de 10 micrômetros de espessura por meio de polimento químico e mecânico. Eles usaram a tecnologia de implantação de íons para criar centros de cores de divagação próximos à superfície no filme.

O filme foi invertido e aderido a um wafer de silício revestido com um guia de ondas de ouro coplanar, utilizando forças de van der Waals. Esse posicionamento permitiu que os centros de cores próximos à superfície ficassem sob a influência dos plasmons de superfície do guia de ondas de ouro, aumentando assim a fluorescência dos centros de cores.

Com uma lente objetiva (com uma abertura numérica de 0,85) e o efeito de aprimoramento de plasmons de superfície, os pesquisadores conseguiram um aumento de sete vezes no brilho de um único centro de cores PL6. Com uma lente de óleo com uma abertura numérica de 1,3, a fluorescência do centro de cor excedeu um milhão de contagens por segundo.

Além disso, os pesquisadores conseguiram manipular com precisão a distância entre o centro de cores próximo à superfície e o guia de ondas coplanar, ajustando a espessura do filme com um processo de corrosão por íons reativos, o que lhes permitiu estudar a faixa ideal de operação. Além de gerar plasmons de superfície, o guia de ondas de ouro coplanar pode ser usado para irradiar microondas de forma eficiente, melhorando significativamente a eficiência do controle de rotação.

O guia de ondas coplanar aumentou a frequência de Rabi de um único centro de cor PL6 em 14 vezes sob a mesma potência de micro-ondas em comparação com os métodos convencionais de radiação de micro-ondas.

Além disso, os pesquisadores investigaram o mecanismo de aumento da fluorescência. Ao ajustar a função de autocorrelação usando um modelo de três níveis e medindo o tempo de vida da fluorescência de excitação não ressonante, eles confirmaram que os plasmons de superfície aumentaram o brilho da fluorescência aumentando a taxa de transição radiativa do nível de energia do centro de cor.