利用硅中束缚激子对施主电子自旋进行混合光 - 电探测

自旋的电探测是理解半导体器件中自旋动力学的重要工具，为从光电子学、自旋电子学到量子信息处理等应用提供了宝贵的见解。对于硅中束缚于浅施主的电子自旋，体电探测磁共振一直依赖于与顺磁缺陷或传导电子等自旋读出伙伴的耦合，这从根本上限制了自旋相干时间。在此，我们演示了通过硅器件中的输运，利用光驱动的施主束缚激子跃迁，对磷施主电子自旋共振进行电探测。我们利用该方法测量了电子自旋 Rabi 振荡，并且通过避免使用辅助自旋进行读出，我们能够获得仅受施主浓度限制的长本征电子自旋相干时间。接着，我们在实验上解决了在硅纳米器件中采用此方案进行单自旋测量的关键问题，包括应变、电场和非共振激发的影响。这为实现一种通用的单自旋读出方法奠定了基础，与自旋依赖隧穿相比，该方法放宽了对磁场和温度的要求。