ZnO中I10施主被鉴定为具有大超精细相互作用的Sn-Li复合体

宽带隙直接半导体中的施主杂质为自旋-光子量子技术提供了一个极具前景的平台,通过将施主自旋量子比特与光学可寻址跃迁相结合。在氧化锌(ZnO)中,长期以来具有最大报道结合能的浅施主一直与I10束缚激子线相关联,但其微观起源尚未明确。本工作通过离子注入、退火、光谱学及第一性原理计算的组合方法,证实了该施主作为Sn-Li复合体的可控形成与鉴定。双激光共振相干布居囚禁测量揭示了392±15 MHz的电子-119Sn超精细相互作用,构建了一个电子自旋1/2与核自旋1/2耦合的系统——这是目前半导体浅施主中报道的最大超精细耦合之一。密度泛函理论计算表明,最近邻SnZn-LiZn复合体具有有利的形成能、施主特性(电子局域于Sn位点)以及与实验相符的外推超精细相互作用。该施主的大结合能与激发态结构表明其光学跃迁相对于传统III族施主具有更强的热稳定性,而强超精细相互作用则实现了快速的电子-核自旋调控,并为直接核自旋-光子接口提供了可能。研究人员进一步观测到高效的光致核自旋极化现象,为核自旋初始化开辟了新途径。更广泛而言,该研究揭示了施主-受主复合体如何突破孤立替位掺杂体的局限,进入浅施主物理中尚未探索的新领域,从而拓展了量子缺陷的设计空间。

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提交arXiv: 2026-03-05 19:18

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