中國科大實現室溫下二維材料固態自旋色心的相干操控

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記者24日從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、唐建順、王軼韜等人與合作者合作，發現六方氮化硼(hBN)中一類超亮的具有優異光學性質和自旋性質的單自旋色心，并實現了對其在室溫下的相干操控。研究成果日前發表在國際期刊《自然·通訊》上。

固態自旋色心是實現量子信息技術的重要體系之一，比較著名的是金剛石中的NV色心，目前已經在量子計算、量子傳感、量子網絡等方面取得重要進展。近年來，寬禁帶材料hBN被證明是自旋色心的優秀宿主，由于其二維特性，在低維量子器件制備、近場傳感探測等方面相對于三維體材料有特殊優勢，hBN中的自旋色心已成為當前的一個研究熱點。

hBN中已發現的自旋色心包括帶負電硼空位色心(VB-)和幾類與碳相關色心。但是，由于VB-的量子效率極低，至今仍未能發現VB-的單自旋色心。近期也陸續報道了幾種與碳相關的單自旋色心，但是未能演示單自旋色心的相干操控。

中國科大供圖

研究組利用毛細作用力有效地分離出了hBN粉末樣品中的單個色心，并通過該方法以85%的幾率發現了一類超亮的單自旋色心，比此前觀測單自旋色心方法的幾率提升了21倍。隨后研究組表征了其優異的光學性質，發光具有顯著的光子反聚束特征，光子發射率高達25MHz，是目前hBN中已發現單自旋色心中熒光計數最高的。研究組進一步對此單自旋色心進行了室溫相干操控，測到了其拉比振蕩信號，并進行了自旋回波實驗等。

這項成果是國際上首次對hBN中的單自旋色心進行室溫自旋操控，邁出了利用二維材料自旋實現量子信息應用的重要一步。

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