六方氮化硼—带负电的硼空位量子比特

六方氮化硼—带负电的硼空位量子比特

六方亚硝酸硼（hBN）是一种层状范德华材料，现有制造技术已经可以制备，是二维（2D）半导体物理学的理想研究对象。其宽能隙在内部光跃迁时可出现诸多色心缺陷态。有些色心（如金刚石和碳化硅）在量子技术应用中显示出巨大潜力。近年来，人们报道了hBN许多色心可作为新一代高温单光子发射器。尽管仍未完全了解这些发射器的微观结构和电子结构，但人们广泛认同这些色心有可能与点缺陷和点缺陷复合物相关联。这些点缺陷还能实现孤立量子比特（quantum bits or qubits）。到目前为止，之前的有关hBN色心研究都只集中于色心的光学特性，还未涉及其在量子技术中的应用潜力，尤其是准2D半导体薄片hBN色心是否比其体材的色心更具优势，尚待深入研究。

匈牙利Wigner物理研究中心的Adam Gali领导的团队，对单片hBN中的硼空位（VB）进行了全面的第一性原理研究，特别是其相关的零场分裂、超精细分裂和光致发光光谱等，所有这些都与实验良好吻合。他们的研究结果揭示了hBN中硼空位（VB）的已知磁光特性，可使人们应用更先进的技术来探明VB电子结构所应有的功能。到目前为止，人们在实验中仅观察到一个光学跃迁，但作者却预测了存在诸多跃迁。可以利用两个或更多个激光器来激发，从而调控和改善光学初始化状态，并且显示出缺陷的性质。此外，他们还预测了VB通过工程应变调控其磁光特性的非凡能力。他们的第一性原理结果不仅重现了VB的最新实验结果，而且为开发基于VB的量子比特应用程序提供了理论基础。

该文近期发表于npj Computational Materials 6: 41 (2020)，英文标题与摘要如下，点击https://www.nature.com/articles/s41524-020-0305-x可以自由获取论文PDF。