通过光控释放长寿命陷阱态实现金刚石中单自旋的光电探测

固态自旋的电学检测方法对于量子技术极具吸引力,该方法易于实现芯片级集成,且不受单光子发射体有限光子通量的限制。然而,在宽带隙材料中实现与光学方法具备相似保真度和带宽的电学自旋读出仍具挑战性。本研究提出了一种光电自旋读出方案,通过检测以俘获电荷形式长期存储的自旋信息实现读取。以金刚石氮空位(NV)色心为模型体系,自旋依赖的光电离过程产生的载流子被存储在金刚石-金属肖特基结的长寿命陷阱态中。在偏压调控下按需光照可释放存储电荷,产生与俘获电荷量(即自旋态)成正比的瞬态光电流。该研究团队通过电荷读出(称为“电荷捕获检测磁共振”CCDMR)实现了单NV色心相干控制后的自旋读取,并利用基于电荷的成像技术揭示了载流子生成与俘获过程。该工作将CCDMR确立为固态自旋量子比特读取的新方法,兼具电学检测的优势与宽带隙材料中长寿命电荷陷阱的稳定性。

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提交arXiv: 2025-10-29 15:25

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