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　　中安在線中安新聞客戶端訊記者5月16日從中國科大獲悉，中國科學技術大學郭光燦院士團隊的李傳鋒、許金時等人，利用表面等離激元大幅增強了單個碳化硅雙空位PL6色心的熒光亮度，并利用共面波導的特性大幅提高了自旋操控效率。這項技術成本低、無需復雜的微納加工工藝，且不影響色心的相干性質，對于發展基于碳化硅自旋色心的量子應用具有重要意義。5月8日，相關研究成果在線發表于《納米快報》。　　固態自旋色心是用于量子信息處理的重要體系，其熒光亮度是邁向實用化量子應用的重要參數。通過與固態微納結構耦合實現自旋色心的熒光增強是一種常用方法。人們已經提出并實現了多種不同的方案，包括加工固體浸潤透鏡、納米柱、牛眼環、光子晶體微腔和光纖腔等。然而，這一方向依然存在許多具有挑戰性的問題，例如，色心自旋性質容易受到復雜微納加工過程的影響，以及色心與微納結構之間難以對準等。　　李傳鋒、許金時研究組獨辟蹊徑，利用等離激元實現碳化硅中自旋色心的熒光增強。研究組通過化學機械拋光等工藝制備出厚度約10微米的碳化硅薄膜，并利用離子注入技術在薄膜中制備近表面（約15納米）的雙空位色心。隨后將薄膜翻轉，利用范德瓦爾斯力將其粘貼在鍍有共面金波導的硅片上，由此使得近表面色心與金波導的距離落在表面等離激元的作用范圍內，進而增強色心熒光。　　研究組在之前的工作中，首次發現碳化硅中單個雙空位PL6色心在室溫下具有與金剛石NV色心相媲美的發光亮度和自旋讀出對比度。在此次工作中，研究人員使用數值孔徑0.85的物鏡，利用表面等離激元的增強效應，實現了單個PL6色心亮度7倍的增強；進一步使用數值孔徑1.3的油鏡，色心熒光每秒可超過1百萬個計數。研究組還利用反應離子刻蝕工藝調控薄膜厚度，從而精確控制近表面色心與共面波導的距離，研究最佳作用范圍。除了產生表面等離激元，共面金波導還可用來高效輻射微波，從而大幅提高自旋操控效率。相比傳統微波輻射方式，共面波導使單個PL6色心的拉比頻率在相同微波功率下提升了14倍。　　研究組還深入研究了熒光增強機制。通過使用三能級模型擬合自相關函數，以及測量非共振激發熒光壽命，研究組不僅驗證了表面等離激元是通過提高色心能級的輻射躍遷速率來增強熒光亮度，而且發現在作用距離逐漸縮小的過程中，表面等離激元的淬滅效應會導致色心熒光亮度發生衰減。　　研究人員介紹，該工作首次實現了碳化硅薄膜中近表面自旋色心熒光的等離激元增強。共面金波導制備簡單，無需復雜的增強結構與對準工藝，并且該方法也適用于碳化硅中其他自旋色心的熒光增強。這項技術將有力推動碳化硅材料在量子領域的應用。   （記者汪喬實習生王克青）