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在氢气-甲烷-[x]硅烷（x=28、29、30）混合气体中同质外延生长的金刚石层中具有窄线发光的硅空位色心单同位素集合体

DOI：10.1021/acsphotonics.8b01464 期刊：ACS Photonics 出版年份：2018 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 金刚石中的硅空位（SiV?）色心作为具有优异光谱特性的单光子发射体，在纳米光子学和量子信息技术领域备受关注。为获得光谱一致的SiV?发射体，我们在微波等离子体辅助化学气相沉积过程中，向H?-CH?混合气体中添加同位素富集度>99.9%的硅烷SiH?气体，对同质外延金刚石薄膜进行原位掺杂28Si、29Si和30Si同位素。对于浓度为十亿分之几的单同位素SiV?集合体，在吸收和发光光谱中均测得窄至约4.8 GHz的零声子线分量。我们高精度确定了SiV?零声子线的硅同位素能量位移。研究表明，SiV?发射强度可通过掺杂外延膜厚度轻松调控。此外，我们还识别并表征了局域化单光子SiV?源。该掺杂工艺为制备能量限制在极窄范围内的SiV?发射体集合体开辟了新途径。
作者： Sergei N. Nikolaev，Vitaly I. Konov，Andrey P. Bolshakov，Artem K. Martyanov，Vladimir S. Krivobok，Alexey V. Akimov，Vadim S. Sedov，Victor G. Ralchenko，Kirill N. Boldyrev，Olga R. Rubinas，Roman A. Khmelnitsky，Stepan V. Bolshedvorskii，Egor V. Bushuev，Andrey A. Khomich
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过在微波等离子体辅助化学气相沉积过程中，使用同位素富集的硅烷SiH4气体原位掺杂28Si、29Si和30Si同位素于同质外延金刚石薄膜中，以获得光谱特性一致的SiV?发射体。

研究成果

该研究成功展示了利用同位素富集硅对外延金刚石层进行可控原位掺杂，从而形成具有极窄零声子线（ZPL）组分的单同位素SiV?色心集合体。该方法可通过调控薄膜厚度控制SiV?发射强度，并为制备能量局限在极窄范围内的SiV?发射体集合体开辟了途径。

研究不足

该研究的局限性在于：需要高温退火才能获得窄的零声子线（ZPL）成分，且难以控制SiV?中心的面密度以满足单光子发射器应用的需求。

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