論文の概要: Deterministic and Scalable Coupling of Single 4H-SiC Spin Defects into Bullseye Cavities

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.23258v1
• Date: Thu, 31 Jul 2025 05:38:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-01 17:19:09.12018
• Title: Deterministic and Scalable Coupling of Single 4H-SiC Spin Defects into Bullseye Cavities
• Title（参考訳）: 単一4H-SiCスピン欠陥のブルゼーキャビティへの決定論的およびスケーラブル結合
• Authors: Tongyuan Bao, Qi Luo, Ailun Yi, Yingjie Li, Haibo Hu, Xin Ou, Yu Zhou, Qinghai Song,
• Abstract要約: 4H-SiCOIプラットフォーム上の単一PL6スピン欠陥をモノリシックブルジーキャビティに決定的かつスケーラブルに結合する。 これらの進歩は、スケーラブルで高性能なSiCベースの量子フォトニクス回路を開発するための実行可能な経路を確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.24704706847718
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Silicon carbide (SiC) has attracted significant attention as a promising quantum material due to its ability to host long-lived, optically addressable color centers with solid-state photonic interfaces. The CMOS compatibility of 4H-SiCOI (silicon-carbide-on-insulator) makes it an ideal platform for integrated quantum photonic devices and circuits. However, the deterministic integration of single spin defects into high-performance photonic cavities on this platform has remained a key challenge. In this work, we demonstrate the deterministic and scalable coupling of both ensemble (PL4) and single PL6 spin defects into monolithic bullseye cavities on the 4H-SiCOI platform. By tuning the cavity resonance, we achieve a 40-fold enhancement of the zero-phonon line (ZPL) intensity from ensemble PL4 defects, corresponding to a Purcell factor of approximately 5.0. For deterministically coupled single PL6 defects, we observe a threefold increase in the saturated photon count rate, confirm single-photon emission, and demonstrate coherent control of the spin state through optically detected magnetic resonance (ODMR), resonant excitation, and Rabi oscillations. These advancements establish a viable pathway for developing scalable, high-performance SiC-based quantum photonic circuits.
• Abstract（参考訳）: ケイ素炭化ケイ素(SiC)は、長寿命で光学的に対応可能なカラーセンターを固体フォトニックインターフェースでホストできるため、有望な量子材料として大きな注目を集めている。 4H-SiCOI(シリコン-炭化物-イオン絶縁体)のCMOS互換は、量子フォトニックデバイスと回路を統合する上で理想的なプラットフォームとなる。 しかし、このプラットフォーム上の高性能フォトニックキャビティへの単一スピン欠陥の決定論的統合は依然として重要な課題である。 本研究では, 4H-SiCOI プラットフォーム上での単一 PL6 スピン欠陥をモノリシックブルジーキャビティに決定的かつスケーラブルに結合させることを実証する。 共振器共振を調整することにより、約5.0のPurcell因子に対応して、アンサンブルPL4欠陥からゼロフォノンライン(ZPL)強度を40倍に向上させる。 光磁気共鳴(ODMR)、共鳴励起、Rabi発振によるスピン状態のコヒーレント制御を示す。 これらの進歩は、スケーラブルで高性能なSiCベースの量子フォトニクス回路を開発するための実行可能な経路を確立する。

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