范德瓦耳斯材料中自旋缺陷的同位素工程

范德瓦耳斯材料中的自旋缺陷为推进量子技术提供了有前景的平台。在此，我们提出并演示了一种基于宿主材料同位素工程的强力技术，可显著增强嵌入式自旋缺陷的相干特性。聚焦于近期在六方氮化硼（hBN）中发现的带负电硼空位中心（$\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$），我们生长了同位素纯化的 $\mathrm{h}{}^{10}\mathrm{B}{}^{15}\mathrm{N}$ 晶体。相较于具有天然同位素分布的 hBN 中的 $\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$，我们观察到明显更窄且更不密集的 $\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$ 自旋跃迁，以及更长的相干时间 $T_2$ 和弛豫时间 $T_1$。在量子传感方面，我们 $\mathrm{h}{}^{10}\mathrm{B}{}^{15}\mathrm{N}$ 样品中的 $\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$ 中心在直流（交流）磁场灵敏度上实现了 $4$ 倍（$2$ 倍）的增强。对于额外量子资源，$\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$ 超精细能级的独立寻址能力使得三个最近邻 ${}^{15}\mathrm{N}$ 核自旋的动态极化和相干控制成为可能。我们的结果展示了同位素工程在增强 hBN 中量子自旋缺陷特性方面的威力，并可轻易推广至改善广大范德瓦耳斯材料家族中的自旋量子比特。