論文の概要: High-yield engineering of modified divacancies in 4H-SiC via oxygen-ion implantation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.22608v1
• Date: Thu, 27 Nov 2025 16:42:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-01 19:47:55.649809
• Title: High-yield engineering of modified divacancies in 4H-SiC via oxygen-ion implantation
• Title（参考訳）: 酸素イオン注入による4H-SiCの改質誘電率の高収率化
• Authors: Qi-Cheng Hu, Ji-Yang Zhou, Shuo Ren, Zhen-Xuan He, Zhi-He Hao, Rui-Jian Liang, Wu-Xi Lin, Adam Gali, Jin-Shi Xu, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo,
• Abstract要約: 酸素イオン注入による4H-SiCの改質色中心生成のための制御可能かつ効率的な方法を示す。 単一改質管は総欠陥人口の90%以上を占める。 その結果,SiCの高品位スピン活性欠陥の工学的手法として酸素イオン注入が確立された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5308364429927175
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Modified divacancies in the 4H polytype of silicon carbide (SiC) exhibit enhanced charge stability and spin addressability at room temperature, making them highly attractive for quantum applications. However, their low formation yield, both at the single-defect and ensemble levels, has limited further progress. Here, we demonstrate a controllable and efficient method for generating modified divacancy color centers in 4H-SiC via oxygen-ion implantation. Based on their distinct optical signatures and spin-resonance characteristics, we experimentally resolve four types of modified divacancies. Remarkably, single modified divacancies constitute above 90% of the total defect population and exhibit superior optical properties and spin coherence compared with defects created through conventional carbon- or nitrogen-ion implantation. We characterize the zero-phonon lines of these modified divacancies and reveal a distinct temperature-dependent behavior in the spin-readout contrast. By systematically optimizing the implantation dose and annealing temperature, we further achieve high-density ensembles and observe clear Rabi-oscillation beating patterns associated with different orientations of basal-type defects. These results establish oxygen-ion implantation as a powerful and versatile approach to engineering high-quality spin-active defects in SiC, representing a significant advance toward scalable solid-state quantum technologies. Furthermore, our findings provide key insights into the atomic configurations of modified divacancies in 4H-SiC.
• Abstract（参考訳）: 4H多型ケイ素炭化ケイ素(SiC)の改質ジバケーシは室温での電荷安定性とスピンアドレナビリティを高め、量子応用に非常に魅力的である。 しかしながら、単一欠陥レベルとアンサンブルレベルの両方において、それらの低生成率は、さらなる進展を制限している。 ここでは,酸素イオン注入による4H-SiCにおける改質希薄色中心生成の制御可能かつ効率的な方法を示す。 異なる光学的シグネチャとスピン共鳴特性に基づいて, 4種類の改良型ジバスケーシーを実験的に解決する。 顕著な点として、単一改質ジバカシーは全欠陥の90%以上を占め、従来の炭素イオンまたは窒素イオン注入による欠陥と比較して優れた光学特性とスピンコヒーレンスを示す。 本研究は,これらの改良されたジバケーシーのゼロフォノン線を特徴付け,スピン可読コントラストにおける温度依存性の異なる挙動を明らかにする。 埋入量および焼鈍温度を体系的に最適化することにより,高密度アンサンブルを達成し,基底型欠陥の異なる向きに関連付けられたRabi-oscillation Beatingパターンを明瞭に観察する。 これらの結果は、SiCの高品質なスピンアクティブ欠陥を工学するための強力で汎用的なアプローチとして酸素イオン注入を確立し、スケーラブルな固体量子技術への大きな進歩を示している。 さらに, 本研究は, 4H-SiCの原子配置に関する重要な知見を提供する。

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