金属电极应变硅中施主自旋的空间分辨退相干

电子自旋是已知相干性最佳的固态系统之一，但要在量子传感与信息处理应用器件中使用，通常须将其置于近界面处。理解并缓解此类界面对电子自旋相干与谱学性质的影响，对实现上述应用至关重要，但也具挑战性：从单自旋研究推断此类数据需大量测量方得有意义结果，而系综测量通常给出掩盖关键信息的平均结果。本文报道了毫开尔文温度下28-硅中近表面铋施主自旋相干性的综合研究。特别地，我们利用金属电极引起的应变诱导频移，绘制了相对于电极的深度与位置的函数关系的自旋相干空间分布图。通过测量对磁场不敏感的时钟跃迁，我们将表面自旋引起的磁噪声与电荷噪声分离。我们的结果包括应变分裂自旋共振谱的定量模型，以及硅表面顺磁杂质浓度的提取。此类近表面电子自旋的退相干机制相互作用对其在量子技术中的应用至关重要，而应变分裂与时钟跃迁的结合将相干寿命延长达两个数量级，在仅100nm平均深度处达到300 ms。我们在此引入的近表面系综相干空间绘图技术，可直接应用于其他受关注的自旋系统，如金刚石中的缺陷、碳化硅中的缺陷以及光学晶体中的稀土离子。