等向 CeO2 薄膜作为量子应用的宿主材料
量子物理
2026-03-27 v1 材料科学
摘要
在高度纯净的宿主材料中，量子发射器的相干性最终受到与具有非零核磁矩的晶格核之间的超声相互作用的限制。只有通过同位素纯化才能缓解这一限制。本文我们研究 CeO2 作为完全由核磁矩为零的核构成的宿主材料。通过 PLD 生长掺杂 Tm 和 Er 的高品质 CeO2 薄膜。利用 X 射线衍射、原子力显微镜和离子通道分析进行结构表征，确认单晶、原子光滑的薄膜，其中掺杂剂在 Ce 晶格位点上被取代。光致发光寿命测量显示，掺杂 Er 的 CeO2 薄膜的寿命显著延长（2.9 - 5.3 ms），而 Tm 掺杂薄膜的寿命较短（14 - 68 s）。此外，Er 掺杂的 PLD 薄膜在约 1% 掺杂浓度下寿命更长，优于先前报告的 MBE 生长薄膜。密度泛函理论计算揭示，未占据的 O 2p 与 Tm 4f 状态在价带上限附近存在显著的重叠，而 Er 4f 状态保持良好的离域。这一电子相互作用可能在 Tm 掺杂 CeO2 中引入非辐射复合通道，从而解释了寿命较短的现象。这些发现突显了选择合适掺杂-宿主组合以及优化生长条件的重要性，以最小化量子应用中的非辐射通道。
引用
@article{arxiv.2603.25234,
title = {Epitaxial CeO2 Films as a Host for Quantum Applications},
author = {Pralay Paul and Kusal M. Abeywickrama and Nisha Geng and Mritunjaya Parashar and Levi Brown and Mohin Sharma and Darshpreet Kaur Saini and Melissa Ayala Artola and Todd A. Byers and Bibhudutta Rout and Yiwei Ju and Xiaoqing Pan and Sumit Goswami and Sreehari Puthan Purayil and Casey Kerr and Dhiman Biswas and Ben Summers and Bin Wang and Horst Hahn and Alisa Javadi and T. Venkatesan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.25234},
year = {2026}
}