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論文

A Silicon carbide room-temperature single-photon source

Castelletto, S.*; Johnson, B.*; Ivady, V.*; Stavrias, N.*; 梅田享英*; Gali, A.*; 大島武

Nature Materials, 13(2), p.151 - 156, 2014/02

https://doi.org/10.1038/nmat3806

被引用回数：410 パーセンタイル：99.43(Chemistry, Physical)

単一フォトンの発生や検出は量子力学の実験的な基盤や計測理論に重要な役割を示す。また、効率的、高品質の単一発光源は量子情報等の実現にとって不可欠と考えられている。本研究では、室温においても非常に明るく安定な炭化ケイ素(SiC)中の単一発光源の形成と同定に成功した。この単一発光源はSiC中のシリコンサイトを炭素で置換した炭素アンチサイト(C $_{Si}$ )と炭素空孔(V $_{C}$ )の複合欠陥(C $_{Si}$ V $_{C}$ )として知られる点欠陥であり、高純度SiCに対して、電子線照射と照射後の熱処理を組み合わせることで形成が可能となる。非常に明るい光源(210 $^{6}$ counts/s)であり、キャビティーの使用が無い場合においても高い量子効率が得られる。

口頭

電子線照射を用いた炭化ケイ素中の単一フォトン源の形成

大島武; Johnson, B. C.*; Castelletto, S.*; Ivady, V.*; Stavrias, N.*; 梅田享英*; Gali, A.*

no journal, ,

固体中の単一発光中心の有するスピンや発光を制御することで、従来の半導体デバイスの演算能力を遥かに凌ぐ量子コンピューティングや、高輝度かつナノレベルのサイズ制御でフォトニクスを実現しようという試みが行われている。そこで本研究では、SiCを母材とした量子コンピューティングやフォトニクスに応用可能な単一発光中心の探索を行った。その結果、半絶縁性(SI)六方晶(4H)SiC基板に2MeVのエネルギーの電子線照射及び300 $^{circ}$ Cでの熱処理を行うことで、室温においても非常に高い輝度で発光する新たな欠陥が生成されることを見出した。低温におけるフォトルミネッセンス(PL)測定により、この欠陥はABラインとして報告されている640680nm付近にピーク(ゼロフォノンライン)を有する発光中心であることが判明した。更に、共焦点蛍光顕微鏡(CFM)を用いたアンチバンチング測定及び理論計算を行うことで、この欠陥は単一発光中心であり、正に帯電した炭素アンチサイト-炭素空孔ペア(C $_{Si}$ V $_{C}$ $^{+}$ )であると帰結された。