将量子缺陷的电子-声子耦合工程化至半共焦声学谐振器

基于金刚石的微机电系统（MEMS）实现了氮空位（NV）中心量子态与机械谐振器声子模式之间的直接耦合。一个例子是金刚石高泛音体声波谐振器（HBAR），其具有集成压电换能器并支持高达 GHz 频率范围的高品质因数共振模式。这些声学模式允许以长自旋与轨道相干时间对深嵌 NV 中心进行机械操控。遗憾的是，自旋-声子耦合速率受限于较大的谐振器尺寸 $>100~\mu$m，因此在当前金刚石 BAR 器件中强耦合的 NV 电子-声子相互作用仍无法实现。在此，我们报道在金刚石（碳化硅）上设计与制备了半共焦 HBAR（SCHBAR）器件，其 $f\cdot Q>10^{12}$（$>10^{13}$）。半共焦几何将声子模式横向限制在 10~$\mu$m 以下。这种模态体积的急剧减小增强了缺陷中心电子-声子耦合。对于金刚石器件内的本征 NV 中心，我们展示了机械驱动的自旋跃迁，并显示出高应变驱动效率，其拉比频率为 $(2\pi)2.19(14)$~MHz/V$_{p}$，这与相同微波功率下的典型微波天线相当。