hBN中缺陷的原子与电子结构：增强单缺陷功能
材料科学
2024-03-19 v2
摘要
绝缘体中的缺陷中心在创造材料重要功能方面起着关键作用：原型量子比特、单光子源、磁场探针和压力传感器。这些功能高度依赖于它们的带隙电子结构和轨道/自旋波函数贡献。然而，在大多数情况下，由于缺陷深埋在高电阻率宿主晶体表面之下，阻碍了通过表面探针进行访问，这些基本性质仍然未知或处于推测阶段。在此，我们使用扫描隧道显微镜（STM）和扫描隧道谱（STS）直接检测了薄层碳掺杂六方氮化硼（hBN:C）中缺陷的原子和电子结构。这种研究为最广泛研究的范德华绝缘体中故意产生的碳缺陷的已确立的光致发光响应（包括单光子发射）增加了关于电子中间带隙态的直接信息。我们联合的原子尺度实验和理论研究揭示了两种主要的缺陷类别：1）单点位缺陷，表现为可通过STM观察到具有原子级分辨结构的类施主态；2）多点位缺陷复合体，表现出以不同空间几何结构为特征的空和占据中间带隙态的阶梯。将隧道谱对中间带隙态的直接探测与对承载特定缺陷结构的绝缘体光学响应的检测相结合，有望在量子极限下创造和增强由单个缺陷实现的功能。这些发现不仅强调了hBN:C作为量子缺陷工程平台的多功能性，也突显了其在推动原子尺度光电子学发展方面的潜力。
引用
@article{arxiv.2110.07842,
title = {Atomic and electronic structure of defects in hBN: enhancing single-defect functionalities},
author = {Z. Qiu and K. Vaklinova and P. Huang and M. Grzeszczyk and H. Yang and K. Watanabe and T. Taniguchi and K. S. Novoselov and J. Lu and M. Koperski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.07842},
year = {2024}
}