用于Er3+自旋-光子量子接口的同位素富集外延CaWO4薄膜
稀土离子掺杂氧化物薄膜因其稳定的光学能级和可扩展性1-3,在量子互连应用中极具吸引力。其中Er3+掺杂钨酸钙(CaWO4)因具备窄光学线宽跃迁和长自旋相干时间4-6而备受关注。高温下电子自旋相干性主要受顺磁杂质和14.3%丰度的183W核自旋限制。为在毫开尔文温度(此时顺磁杂质被冻结)下进一步延长自旋相干时间,该团队采用化学与同位素纯化薄膜作为基质材料。研究人员首先制备了非同位素富集的Er3+掺杂CaWO4薄膜,其214(13)兆赫的光致发光非均匀线宽表明薄膜具有优异结晶质量。随后使用同位素纯化的186WO3源生长同位素富集CaWO4薄膜,飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)检测显示:唯一具有净核自旋且是自旋退相干主因的183W同位素相对丰度降至1.2%,较天然丰度降低10倍。通过集成纳米光子器件与薄膜,该工作还观测到单离子光致发光发射。这些成果确立了同位素工程CaWO4薄膜作为研究核自旋限制相干性的理想平台,并为可扩展的稀土离子基量子纳米光子器件奠定了基础。

