論文の概要: Donor-Acceptor Pairs near Silicon Carbide surfaces

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.10476v1
• Date: Mon, 14 Apr 2025 17:58:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-15 16:48:53.687608
• Title: Donor-Acceptor Pairs near Silicon Carbide surfaces
• Title（参考訳）: 炭化ケイ素表面近傍のドナー・アクセプター対
• Authors: Anil Bilgin, Ian N. Hammock, Alexander A. High, Giulia Galli,
• Abstract要約: 広帯域半導体におけるドナー・アクセプター対(DAP)は、量子技術の実現に有望なプラットフォームである。 SiC中のAl-N DAPの安定性と光学特性に及ぼす表面の存在の影響を示す。 表面欠陥対 (SDP) の概念を導入し, 電子ホール対を表面欠陥と占有面状態の間に生成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 41.94295877935867
• License:
• Abstract: Donor-acceptor pairs (DAPs) in wide-bandgap semiconductors are promising platforms for the realization of quantum technologies, due to their optically controllable, long-range dipolar interactions. Specifically, Al-N DAPs in bulk silicon carbide (SiC) have been predicted to enable coherent coupling over distances exceeding 10 nm. However, their practical implementations require an understanding of the properties of these pairs near surfaces and interfaces. Here, using first principles calculations we investigate how the presence of surfaces influence the stability and optical properties of Al-N DAPs in SiC, and we show that they retain favorable optical properties comparable to their bulk counterparts, despite a slight increase in electron-phonon coupling. Furthermore, we introduce the concept of surface-defect pairs (SDPs), where an electron-hole pair is generated between a near-surface defect and an occupied surface state located in the bandgap of the material. We show that vanadium-based SDPs near OH-terminated 4H-SiC surfaces exhibit dipoles naturally aligned perpendicular to the surface, greatly enhancing dipole-dipole coupling between SDPs. Our results also reveal significant polarization-dependent modulation in the stimulated emission and photoionization cross sections of V-based SDPs, which are tunable by two orders of magnitude via the polarization angle of the incident laser light. The near-surface defects investigated here provide novel possibilities for the development of hybrid quantum-classical interfaces, as they can be used to mediate information transfer between quantum nodes and integrated photonic circuits.
• Abstract（参考訳）: 広帯域半導体におけるドナー・アクセプター対(DAP)は、光制御可能な長距離双極子相互作用のため、量子技術の実現のためのプラットフォームとして期待されている。 具体的には、炭化バルク(SiC)中のAl-N DAPは、10nmを超える距離でコヒーレントカップリング可能であると予測されている。 しかし、それらの実践的な実装は、表面や界面に近いこれらのペアの性質を理解する必要がある。 ここでは,表面の存在がSiC中のAl-N DAPの安定性と光学特性にどのように影響するかを計算し,電子-フォノンカップリングがわずかに増加するにもかかわらず,バルクに匹敵する光学特性を保っていることを示す。 さらに, 表面欠陥対 (SDP) の概念を導入し, 材料バンドギャップ内に位置する表面欠陥と占有面状態との間に電子ホール対を発生させる。 OH-末端4H-SiC表面近傍のバナジウム系SDPは自然に表面に垂直に配向した双極子を示し,SDP間の双極子-双極子結合を大幅に向上させた。 また、入射レーザ光の偏光角を介して2桁の波長で調整可能なV系SDPの励起発光および光イオン化断面積において、偏光依存性の有意な変調が明らかとなった。 ここでは, 量子ノードと集積フォトニック回路間の情報伝達の仲介に使用できるため, ハイブリッド量子古典インタフェースの開発に新たな可能性をもたらす。

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