硅中量子发射体形成动力学及辐射诱导原子无序的探测

硅中的近红外色心是片上集成量子发射体、光访问量子存储器与传感的新兴候选者。我们针对一系列 MeV 质子通量条件，研究了硅中 G 色心系综的形成动力学与辐射诱导的原子无序。光致发光结果表明，脉冲质子辐照比连续波质子辐照更有效地形成 G 色心。纳秒内的增强瞬态激发与动态退火优化了 G 色心形成与非辐射缺陷积累的比值。当由中等脉冲质子注量产生时，G 色心保持约 0.1 nm 的窄线宽；而随脉冲质子注量增加，线宽显著展宽，这意味着重叠碰撞级联引起的空位/间隙原子团簇。追踪一系列辐照条件下的 G 色心性质可灵敏探测原子无序，作为感知损伤积累的补充分析方法。借助 ${\it ab}$ ${\it initio}$ 电子结构计算，我们通过引入 G 色心附近的空位与硅间隙原子，阐释了原子无序诱导的非均匀展宽。空位导致拉伸应变，并可根据其相对 G 色心的位置使 G 色心发射发生红移或蓝移；而硅间隙原子导致压缩应变，引起单调红移。高通量可调离子脉冲有助于探索辐射诱导缺陷的基本动力学，以及面向量子信息处理的缺陷工程与量子比特合成方法。