集成色心的碳化硅光子晶体腔

最近在 3C 碳化硅 (SiC) 中发现的具有光学可寻址自旋态的色心，类似于金刚石中的带负电氮空位中心，有望将缺陷量子比特集成到成熟的晶圆级器件架构中，用于量子信息和传感应用。在此，我们展示了在 3C SiC 薄膜中设计、制造和表征集成有色心系综的光子晶体腔，其品质因子 (Q) 与模式体积之比与金刚石中实现的相当。模拟表明，优化的 H1 和 L3 结构展现出高达 45,000 的 Q 值和约为 $(\lambda/n)^{3}$ 的模式体积。我们利用内部色心作为宽带激发源来表征制造的结构，将其共振调谐至色心零声子线，并观察到 Q 值在 900-1,500 范围内，窄带光致发光收集增强了高达 10 倍。通过比较不同几何结构观测到的 Q 因子与时域有限差分模拟结果，我们发现非垂直侧壁可能是导致模拟与测量 Q 因子差异的主要原因。这些结果表明，3C SiC 薄膜中的缺陷量子比特展现出清晰的潜力，可作为将缺陷量子比特与光子、光电子和光机械器件接口的简单且可扩展的平台。