(a) hh双空位因(xx?yy)横向应变ε t 变化的示意图。c轴垂直于纸面并向外延伸。所有黄色（紫色）条纹填充球体代

量子缺陷是固体晶格中的微小缺陷，可以捕获单个电子及其“自旋”（即粒子的内部角动量）。这些缺陷对于各种量子技术的运行至关重要，包括量子传感器、计算机和通信系统。

因此，可靠地预测和控制量子缺陷的行为至关重要，因为它可以为开发针对特定应用、性能更佳的量子系统铺平道路。与量子技术可靠性密切相关的一个特性是所谓的自旋读出对比度，它本质上决定了区分系统中两种不同自旋态的清晰度。

哈尔滨工业大学（深圳）、胡仁维格纳物理研究中心、中国科学院上海微系统与信息技术研究所等单位的科研人员近日发现，应变工程（即拉伸或压缩材料）可用于控制量子缺陷的行为，增强量子系统中的自旋读出对比度。

他们的论文发表在《物理评论快报》上，为实现复杂的量子生物传感设备和其他先进的量子技术开辟了新的可能性。

论文共同资深作者亚当·加利 (Adam Gali)、宋清海 (Qinghai Song) 和周宇 (Yu Zhou) 告诉 Phys.org： “我们的论文受到在固态量子缺陷系统中实现可靠自旋读出的挑战的启发，尤其是在室温下。”

“我们的目的是证明应变可以成为一个潜在的控制参数，以显著增强高自旋固态缺陷的读出对比度，这对于推进量子技术至关重要，例如开发在环境条件下运行的高效量子传感器?！?/span>

作为第一步，由HUN-REN Wigner研究中心的Adam Gali教授领导的理论物理学家团队开发了一个新框架。该框架描述了系统的自旋读出对比度与高自旋缺陷的电子结构之间的关系。

“然后我们使用从头算波函数来计算相关量并量化对比度，”加利解释道。

机械应变下的碳化硅双空位示意图。与未应变的情况（虚线）相比，扭曲的晶格（实线）改变了自旋相关的能级，从而实现了更好的室温光学读出对比度。图片来源：Hu 等人（《物理评论快报》，2025 年）。

“我们假设特定的应变场可以调整这些量，从而能够控制读出对比度?；谖颐侵暗睦砺酃ぷ?，我们测试了这一假设，并发现了显著的应变诱导效应。”

在加利及其同事的理论工作的基础上，哈尔滨工业大学的另一个研究小组在宋庆海教授的带领下进行了实验，旨在评估应变工程在控制自旋读出对比度方面的潜力。

作为这些实验的一部分，该团队利用碳化硅膜内现有的应变并测量了单个缺陷的自旋特性。

宋说：“我们的实验证实了模拟结果，显示出显著增强的读出对比度，这意味着我们可以更有效地区分不同的自旋状态。”

“我们最重要的发现是，应变工程是一种强大而实用的方法，可以提高量子缺陷的自旋读出对比度，在室温下可达到 60% 以上?！?/span>

Gali、Song 及其同事的这项研究表明，精心设计应用于量子系统的应变，可以显著提高区分系统内部不同自旋态的能力。作为研究的一部分，研究人员表明，应变工程可以显著提高量子传感器的灵敏度。

其他研究团队可能很快就会从这篇论文中汲取灵感，着手设计其他基于应变工程的策略来精确控制量子缺陷。与此同时，Gali、Song 和他们的同事计划继续改进他们的方法，并评估其提升其他量子器件性能的潜力。

宋补充道：“我们未来的计划包括寻求更精确的方法来控制应变，并更准确地描述应变-自旋相互作用的底层物理特性。”

“我们还旨在将应变工程扩展到其他量子缺陷系统，并将这些应变材料集成到先进的量子电路中?！?/span>