論文の概要: Quantum emitter formation dynamics and probing of radiation induced atomic disorder in silicon

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.05814v1
• Date: Sat, 11 Feb 2023 23:27:49 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-14 18:25:02.062443
• Title: Quantum emitter formation dynamics and probing of radiation induced atomic disorder in silicon
• Title（参考訳）: シリコンにおける放射誘起原子障害の量子エミッタ形成ダイナミクスと探索
• Authors: Wei Liu and Vsevolod Ivanov and Kaushalya Jhuria and Qing Ji and Arun Persaud and Walid Redjem and Jacopo Simoni and Yertay Zhiyenbayev and Boubacar Kante and Javier Garcia Lopez and Liang Z. Tan and Thomas Schenkel
• Abstract要約: シリコンの近赤外色中心は、オンチップ統合量子エミッタ、光アクセス量子メモリ、センシングの候補として浮上している。 我々は、一連のMeVプロトンフラックス条件に対して、シリコン中のアンサンブルG色中心形成ダイナミクスと放射誘起原子障害にアクセスする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.108646039468396
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Near infrared color centers in silicon are emerging candidates for on-chip integrated quantum emitters, optical access quantum memories and sensing. We access ensemble G color center formation dynamics and radiation-induced atomic disorder in silicon for a series of MeV proton flux conditions. Photoluminescence results reveal that the G-centers are formed more efficiently by pulsed proton irradiation than continuous wave proton irradiation. The enhanced transient excitations and dynamic annealing within nanoseconds allows optimizing the ratio of G-center formation to nonradiative defect accumulation. The G-centers preserve narrow linewidths of about 0.1 nm when they are generated by moderate pulsed proton fluences, while the linewidth broadens significantly as the pulsed proton fluence increases. This implies vacancy/interstitial clustering by overlapping collision cascades. Tracking G-center properties for a series of irradiation conditions enables sensitive probing of atomic disorder, serving as a complimentary analytical method for sensing damage accumulation. Aided by ${\it ab}$ ${\it initio}$ electronic structure calculations, we provide insight into the atomic disorder-induced inhomogeneous broadening by introducing vacancies and silicon interstitials in the vicinity of a G-center. A vacancy leads to a tensile strain and can result in either a redshift or blueshift of the G-center emission, depending on its position relative to the G-center. Meanwhile, Si interstitials lead to compressive strain, which results in a monotonic redshift. High flux and tunable ion pulses enable the exploration of fundamental dynamics of radiation-induced defects as well as methods for defect engineering and qubit synthesis for quantum information processing.
• Abstract（参考訳）: シリコンの近赤外線色中心は、オンチップ集積量子エミッタ、光アクセス量子メモリ、センシングの候補となる。 我々は、一連のMeVプロトンフラックス条件に対して、シリコン中のアンサンブルG色中心形成ダイナミクスと放射誘起原子障害にアクセスする。 光ルミネッセンスの結果、G中心は連続波プロトン照射よりもパルスプロトン照射によりより効率的に形成されることが明らかとなった。 ナノ秒内の過渡的励起と動的アニールにより、g中心の形成と非放射的欠陥の蓄積の比率を最適化できる。 G中心は、中程度のパルスプロトンフルエンスによって生成されると0.1nmの狭い線幅を保ち、一方、パルスプロトンフルエンスの増加とともに線幅は著しく広がる。 これは重なり合う衝突カスケードによる空白/間欠的クラスタリングを意味する。 一連の照射条件下でのG中心特性の追跡は、損傷の蓄積を検知するための補足的な分析方法として、原子障害の感度の高い探査を可能にする。 電子構造計算を${\it ab}$$${\it initio}$で支援することで、g中心付近に空洞とシリコン間質を導入することで、原子障害によって引き起こされる不均質な広化についての洞察を与える。 空孔は引張ひずみを引き起こし、G中心に対する位置に依存するため、G中心放出の赤方偏移または青方偏移をもたらす。 一方、Si中間体は圧縮ひずみを生じ、単調な赤方偏移をもたらす。 高フラックスと波長可変イオンパルスは、放射線誘起欠陥の基本的なダイナミクスの探求と、量子情報処理のための欠陥工学と量子ビット合成の方法を可能にする。

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