研究目的
研究同位素纯化硅-28（28Si）的微波特性及其作为具有时钟跃迁的窄线宽自旋系综载体的潜力。
研究成果
同位素纯的28Si若能在晶体中定向掺杂跃迁能级，将成为未来腔量子电动力学实验和固态时钟的绝佳候选材料。该研究表明，在修复加工造成的表面损伤后，高Q值特性得以恢复。
研究不足
介电常数测定的精度受限于谐振器的尺寸精度。晶体径向表面的加工应变降低了Q值。
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[IEEE 2018光电与微电子材料与器件会议(COMMAD) - 澳大利亚珀斯 (2018.12.9-2018.12.13)] 2018年光电与微电子材料与器件会议(COMMAD) - 同位素纯硅-28回音壁模式谐振器：窄线宽自旋系综的载体
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DOI：10.1109/commad.2018.8715244
出版年份：2018
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
从同位素纯晶体棒材中加工出了单晶同位素纯28Si圆柱形回音壁模式谐振器。加工前，该晶体棒被置于腔体中，在10至15GHz频率范围内展现出品质因数超过百万的最佳布拉格限制模式。电子自旋共振光谱显示存在线宽极窄的自旋跃迁，其g因子为1.995±0.008。分析确定线宽上限为7kHz，自旋浓度低于1011个/cm3（万亿分之十）。加工成回音壁模式谐振器后，通过测量基模系列的频率，测得材料在4K和20mK附近的相对介电常数为11.488±0.024，其精度仅受限于谐振器的尺寸精度。然而品质因数降至40,000以下。拉曼光谱显示加工导致晶体径向表面产生应变展宽。经酸洗蚀刻和退火处理后，表面损伤得以修复，随后高Q值也得以恢复。下一步将有意植入离子，尝试实现具有时钟跃迁的窄线宽自旋系综，使其与晶体内部的高Q值回音壁模式耦合。
作者：
Michael E Tobar，Jeremy Bourhill，Maxim Goryachev，Daniel Creedon，Brett C Johnson，David Jamieson
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