論文の概要: Direct-bonded diamond membranes for heterogeneous quantum and electronic technologies

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.04408v2
• Date: Thu, 20 Jun 2024 22:05:52 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-24 20:37:28.607616
• Title: Direct-bonded diamond membranes for heterogeneous quantum and electronic technologies
• Title（参考訳）: 不均一量子・電子技術のための直接結合ダイヤモンド膜
• Authors: Xinghan Guo, Mouzhe Xie, Anchita Addhya, Avery Linder, Uri Zvi, Stella Wang, Xiaofei Yu, Tanvi D. Deshmukh, Yuzi Liu, Ian N. Hammock, Zixi Li, Clayton T. DeVault, Amy Butcher, Aaron P. Esser-Kahn, David D. Awschalom, Nazar Delegan, Peter C. Maurer, F. Joseph Heremans, Alexander A. High,
• Abstract要約: ダイヤモンドは、幅広い量子および電子技術の材料特性を最上位に挙げている。 ここでは, 単結晶ダイヤモンド膜をシリコン, 溶融シリカ, サファイア, 熱酸化物, ニオブ酸リチウムなど様々な材料に直接結合する。 我々の結合プロセスは、カスタマイズされた膜合成、転写、乾燥表面の官能化を組み合わせ、最小限の汚染を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 27.85132301368795
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Diamond has superlative material properties for a broad range of quantum and electronic technologies. However, heteroepitaxial growth of single crystal diamond remains limited, impeding integration and evolution of diamond-based technologies. Here, we directly bond single-crystal diamond membranes to a wide variety of materials including silicon, fused silica, sapphire, thermal oxide, and lithium niobate. Our bonding process combines customized membrane synthesis, transfer, and dry surface functionalization, allowing for minimal contamination while providing pathways for near unity yield and scalability. We generate bonded crystalline membranes with thickness as low as 10 nm, sub-nm interfacial regions, and nanometer-scale thickness variability over 200 by 200 $\mu m^2$ areas. We measure spin coherence times $T_2$ for nitrogen-vacancy centers in bonded membranes of up to 623(21) $\mu$s, suitable for advanced quantum applications. We demonstrate multiple methods for integrating high quality factor nanophotonic cavities with the diamond heterostructures, highlighting the platform versatility in quantum photonic applications. Furthermore, we show that our ultra-thin diamond membranes are compatible with total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy, which enables interfacing coherent diamond quantum sensors with living cells while rejecting unwanted background luminescence. The processes demonstrated herein provide a full toolkit to synthesize heterogeneous diamond-based hybrid systems for quantum and electronic technologies.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンドは、幅広い量子および電子技術の材料特性を最上位に挙げている。 しかし、単結晶ダイヤモンドのヘテロエピタキシャル成長は限定的であり、ダイヤモンドベースの技術の融合と進化を妨げる。 ここでは, シリコン, 溶融シリカ, サファイア, 熱酸化物, ニオブ酸リチウムなど多種多様な材料に単結晶ダイヤモンド膜を直接結合する。 ボンディングプロセスは, 膜合成, 転写, 乾燥面の官能化を両立させ, ほぼ一様の収率とスケーラビリティの経路を提供しながら, 最小限の汚染を可能にする。 膜厚を10nm, サブnmの界面領域, ナノメートルスケールの厚さ変化を200×200ドル以上で生成する。 我々は623(21)$\mu$sの結合膜における窒素空孔中心のスピンコヒーレンス時間$T_2$を測定する。 ダイヤモンドヘテロ構造と高品質のナノフォトニックキャビティを統合するための複数の手法を実証し、量子フォトニック応用におけるプラットフォームの汎用性を強調した。 さらに、我々の超薄型ダイヤモンド膜は全内部反射蛍光(TIRF)顕微鏡と互換性があることを示し、これは、不要な背景発光を拒絶しながら、生体細胞と相互にコヒーレントなダイヤモンド量子センサを実現する。 ここで実証されたプロセスは、量子および電子技術のための異種ダイヤモンドベースのハイブリッドシステムを合成するための完全なツールキットを提供する。

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