金刚石中硅-氮-空位复合体的电子结构与磁光性质
材料科学
2020-09-09 v1
摘要
金刚石中的硅空位（SiV）与氮空位（NV）中心通常被视为固态量子信息处理的典型缺陷。本文表明，当硅与氮同时引入金刚石晶格时，这些缺陷可强烈相互作用并形成更大的复合体。氮原子与 Si 及 SiV 中心强结合，从而可发生复合体形成。借助杂化密度泛函理论（DFT）与群论相结合，我们分析了其电子结构并给出了多种有用的物理性质，如超精细结构、准局域振动模式以及零声子线，以便实验上识别这些复合体。我们证明，邻近氮的替代位硅的存在使施主能级显著移向导带，导致 SiN 中心的激活能与磷相当。我们还发现中性 SiNV 中心尤为引人关注，因其光子发射位于 1530 nm，处于电信波长的 C 波段内，且具有顺磁性。此外，与 SiNV 色心相关的光学跃迁表现出极小的电子–声子耦合（黄–里斯因子~=~0.78），从而实现了单光子发射的高量子效率（德拜–瓦勒因子 = 46%）。这些特征使这一新中心在可扩展量子通信网络中具有潜在应用吸引力。
引用
@article{arxiv.2006.11878,
title = {Electronic structure and magneto-optical properties of silicon-nitrogen-vacancy complexes in diamond},
author = {Marcin Roland Zemła and Kamil Czelej and Paulina Kamińska and Chris G. Van de Walle and Jacek A. Majewski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.11878},
year = {2020}
}
备注
12 pages, 9 figures, 2 tables