光纤集成的碳化硅色心量子精密测量研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:61905233
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:24.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:F0515.量子光学
- 结题年份:2022
- 批准年份:2019
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2020-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:--
- 关键词:
项目摘要
In recent years, color centers in silicon carbide (SiC) have attracted increasing attention owing to their excellent optical properties and long spin coherence time. As compared with NV centers in diamond, color centers in silicon carbide have three advantages. Firstly, SiC is a technologically mature semi-conductor material, which have widely used in microelectronics systems and high-power electronics, etc. Secondly, fluorescence wave-length of the color centers in SiC is in the near-infrared, and infrared spectral region, which is more suitable for integrating with fiber. Thirdly, the coherence time of the color centers in SiC is larger than NV center in diamond. In recent years, it has been explored in quantum metrologies such as magnetic field sensing, electric field sensing, thermal sensing, and force sensing. However, the application of such kind of quantum sensing is severely limited owing to the inconvenience in using the bulk SiC and operation in macroscopic laboratory optical setups. In order to improve the spatial resolution and integrate the SiC color center quantum sensor, in this project, we propose to study the fiber-integrated SiC-based quantum metrology. First, we integrate the nano-SiC and micro-SiC with the fiber with high efficiency. Then we use the fiber-integrated SiC color center to detect the magnetic and temperature with high-spatial-resolution and high sensitivity. The implementation of this project will pave the way for the integration and application of the SiC-based quantum sensing devices.
近些年来,碳化硅色心由于其优异的光学性质和自旋性质,吸引了人们越来越多的关注。相比于金刚石NV色心,碳化硅色心具有以下优点:一、碳化硅是一种广泛应用的半导体材料,有成熟的生长和微纳加工艺。二、碳化硅色心波长处在近红外波段,更有利于和光纤集成。三、理论和实验证明碳化硅色心的相干时间比金刚石NV色心长。目前碳化硅色心已经在量子精密测量:磁场,电场,温度,应力等方面有一些应用。但是之前量子精密测量实验用的都是块状样品,而且都是在实验室环境,为了进一步提高空间分辨率,实现集成化和实用化,本项目将开展光纤集成的碳化硅的量子精密测量研究。通过纳米和微米碳化硅与光纤高效耦合,实现磁场和温度的高空间、高灵敏分辨率的探测。本项目的实施将进一步推进基于碳化硅色心的量子精密测量的集成化、实用化。
结项摘要
近些年来,碳化硅色心由于其优异的光学性质和自旋性质,吸引了人们越来越多的关注。目前碳化硅色心已经在量子精密测量:磁场,电场,温度,应力等方面有一些应用。但是之前量子精密测量实验用的都是块状样品,而且都是在实验室环境,为了进一步提高空间分辨率,实现集成化和实用化,本项目将开展光纤集成的碳化硅的量子精密测量研究。通过纳米和微米碳化硅与光纤高效耦合,实现磁场和温度的高空间、高灵敏分辨率的探测,将进一步推进基于碳化硅色心的量子精密测量的集成化、实用化。本项目按计划进行了大量实验研究,完成了绝大部分的计划内容。1. 本项目实现了光纤集成碳化硅硅空位色心磁力计。磁场探测灵敏度为12.3 μT/Hz1/2。2.实现了光纤集成碳化硅双空位色心磁力计和温度计。磁场探测灵敏度为3.9 μT/Hz1/2,温度探测灵敏度为163.2 mK/Hz1/2。除此之外,我们还执行了部分计划外的工作。3. 实现了碳化硅硅空位色心的反斯托克斯激发的自旋相干操控。4. 实现了PL6单个双空位色心的室温高对比度自旋相干操控。5. 研究了碳化硅NV色心室温光学性质,证明其是偏振度达到90%的三能级结构的单色心。6. 优化了碳化硅双空位色心的ODMR谱,使得其磁场探测灵敏度提高10倍。7. 实现了双空位色心共振激发下的光电荷态调控。8.实现了碳化硅双空位色心的高压传感和高压磁探测。9. 实现了腔增强的纳米金刚石和单层石墨烯的共振能量转移。
项目成果
期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Optimization of power broadening in optically detected magnetic resonance of defect spins in silicon carbide
碳化硅缺陷自旋光学检测磁共振功率展宽的优化
- DOI:10.1103/physrevb.101.064102
- 发表时间:2020
- 期刊:Physical Review B
- 影响因子:3.7
- 作者:Wang Jun-Feng;Cui Jin-Ming;Yan Fei-Fei;Li Qiang;Cheng Ze-Di;Liu Zheng-Hao;Lin Zhi-Hai;Xu Jin-Shi;Li Chuan-Feng;Guo Guang-Can
- 通讯作者:Guo Guang-Can
Fiber-integrated silicon carbide silicon vacancy-based magnetometer
光纤集成碳化硅硅空位磁力计
- DOI:10.1364/ol.476305
- 发表时间:2023
- 期刊:Optics Letters
- 影响因子:3.6
- 作者:Wei-Ke Quan;Lin Liu;Qin-Yue Luo;Xiao-Di Liu;Jun-Feng Wang
- 通讯作者:Jun-Feng Wang
Experimental Optical Properties of Single Nitrogen Vacancy Centers in Silicon Carbide at Room Temperature
碳化硅中单氮空位中心的室温光学性质实验
- DOI:10.1021/acsphotonics.0c00218
- 发表时间:2020
- 期刊:ACS Photonics
- 影响因子:7
- 作者:Wang Jun-Feng;Liu Zheng-Hao;Yan Fei-Fei;Li Qiang;Yang Xin-Ge;Guo Liping;Zhou Xiong;Huang Wei;Xu Jin-Shi;Li Chuan-Feng;Guo Guang-Can
- 通讯作者:Guo Guang-Can
Cavity-enhanced energy transfer between nano-emitters and monolayer graphene
纳米发射器和单层石墨烯之间的空腔增强能量转移
- DOI:10.1016/j.carbon.2020.02.003
- 发表时间:2020
- 期刊:Carbon
- 影响因子:10.9
- 作者:Wang Jun-Feng;Zhou Hao-Lei;Xiong Xiao;Li Qiang;Cheng Ze-Di;Liu Zheng-Hao;Yan Fei-Fei;Lin Sheng-Ran;Xu Jin-Shi;Wang Guan-Zhong;Wu Lin;Li Chuan-Feng;Guo Guang-Can
- 通讯作者:Guo Guang-Can
Optical charge state manipulation of divacancy spins in silicon carbide under resonant excitation
共振激发下碳化硅中双空位自旋的光学电荷态操控
- DOI:10.1364/prj.431618
- 发表时间:2021
- 期刊:Photonics Research
- 影响因子:7.6
- 作者:Wang Jun-Feng;Zhou Ji-Yang;Li Qiang;Yan Fei-Fei;Yang Mu;Lin Wu-Xi;Hao Ze-Yan;Li Zhi-Peng;Liu Zheng-Hao;Liu Wei;Sun Kai;Wei Yu;Tang Jian-Shun;Xu Jin-Shi;Li Chuan-Feng;Guo Guang-Can
- 通讯作者:Guo Guang-Can
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