CCNY专家掌握半导体缺陷

纽约城市学院的研究人员发现了一种操纵半导体缺陷的新方法。该研究为新型精确传感或物理分离的量子位之间的量子信息传输以及提高对半导体中电荷传输的基本理解提供了有希望的机会。

使用激光光学和共聚焦显微镜，研究人员证明他们可以在激光照射下使一个缺陷弹出电荷——孔——允许另一个缺陷在几微米外捕获它们。然后通过电荷捕获将后一种缺陷的电荷状态从负变为中性。

该研究利用了一种特殊类型的点缺陷——金刚石中的氮空位中心。这些色心具有自旋——一种由基本粒子携带的固有角动量形式——使它们对量子传感和量子信息处理具有吸引力。研究人员使用特定的协议根据其自旋投影过滤掉仅源自氮空位的电荷。

“关键是隔离源的缺陷，只有氮空位存在，这是我们通过对缺陷的自旋状态使得电荷排出条件实现了”说阿图尔Lozovoi，物理学在纽约城市学院的博士后研究员司科学和论文的第一作者。“另一个关键方面是拥有一颗“干净”的钻石，其缺陷尽可能少。然后，缺陷和空穴之间的长程有吸引力的库仑相互作用大大增加了电荷朝向目标的可能性，这最终使我们的观察成为可能。”

本研究发现，在清洁材料中，电荷传输效率比之前实验中观察到的高一千倍，研究人员将这种现象描述为“巨大的捕获截面”。这一发现可以为在半导体中的色心量子位之间建立量子信息总线铺平道路。

Lozovoi 补充说：“这种由单个缺陷捕获电荷的过程之前仅在理论上进行过描述。”“现在有一个实验平台，使我们能够研究这些缺陷如何与晶体中的自由电荷相互作用，以及我们如何将其用于量子信息处理。”

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