中国科大实现室温下二维材料固态自旋色心的相干操控

转自：中国科技网

科技日报记者 吴长锋

记者24日从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队李传锋、唐建顺、王轶韬等人与合作者合作，发现六方氮化硼（hBN）中一类超亮的具有优异光学性质和自旋性质的单自旋色心，并实现了对其在室温下的相干操控。研究成果日前发表在国际期刊《自然·通讯》上。

固态自旋色心是实现量子信息技术的重要体系之一，比较著名的是金刚石中的NV色心，目前已经在量子计算、量子传感、量子网络等方面取得重要进展。近年来，宽禁带材料hBN被证明是自旋色心的优秀宿主，由于其二维特性，在低维量子器件制备、近场传感探测等方面相对于三维体材料有特殊优势，hBN中的自旋色心已成为当前的一个研究热点。

hBN中已发现的自旋色心包括带负电硼空位色心（VB-）和几类与碳相关色心。但是，由于VB-的量子效率极低，至今仍未能发现VB-的单自旋色心。近期也陆续报道了几种与碳相关的单自旋色心，但是未能演示单自旋色心的相干操控。

研究组利用毛细作用力有效地分离出了hBN粉末样品中的单个色心，并通过该方法以85%的几率发现了一类超亮的单自旋色心，比此前观测单自旋色心方法的几率提升了21倍。随后研究组表征了其优异的光学性质，发光具有显著的光子反聚束特征，光子发射率高达25MHz，是目前hBN中已发现单自旋色心中荧光计数最高的。研究组进一步对此单自旋色心进行了室温相干操控，测到了其拉比振荡信号，并进行了自旋回波实验等。

这项成果是国际上首次对hBN中的单自旋色心进行室温自旋操控，迈出了利用二维材料自旋实现量子信息应用的重要一步。