碳化硅中自旋缺陷形成的稳定性与分子路径

宽禁带半导体中的自旋缺陷为创建量子技术所需的量子比特提供了有前景的平台。然而，其合成存在相当大的挑战，且导致其生成或湮灭的机制尚不清楚。在此，我们阐明二元晶体中关键量子比特候选者——碳化硅（SiC）中的双空位复合体（VV）——的自旋缺陷形成过程。利用原子模型、增强采样模拟和密度泛函理论计算，我们发现 VV 形成是一个热激活过程，与硅单空位（$V_{Si}$）向碳单空位（$V_{C}$）的转化相竞争，且 VV 重取向可在不分解的情况下发生。我们还发现，提高 $V_{Si}$ 相对于 $V_{C}$ 的浓度有利于双空位形成。此外，我们确定了创建由反位-双空位复合体构成的自旋缺陷的路径，并确定了其电子性质。本文所呈现的关于自旋缺陷形成与动力学机制的详细视图，可能有助于在工业相关材料中实现量子比特。