一个多机构研究团队阐明了SiO2/SiC界面上颜色中心的能量水平，为利用这些颜色中心作为单光子发射体的可扩展量子技术的发展铺平了道路。
许多下一代量子设备依赖于基于固体中光学活性缺陷的单光子发射体，称为颜色中心。理解它们的特性对于开发新型量子技术至关重要。
现在，在发表在APL Materials上的一项研究中，由大阪大学领导的多机构研究团队寻求阐明硅氧化物（SiO2）和碳化硅（SiC）之间界面上极亮颜色中心的来源。
之前的研究表明，许多因素可能在这些界面颜色中心的形成中发挥作用，包括氧化后退火的影响。然而，负责发光的能级结构（即发生的电子跃迁）是完全未知的，这是理解颜色中心起源的一个关键因素。
“SiO2/SiC界面上颜色中心的来源一直是一个长期存在的研究问题，其发现可能会促进可扩展量子技术的发展，”研究的首席作者大西健太郎解释说。
在这项研究中，研究人员能够确定SiO2/SiC界面上颜色中心的能量水平。这些特定的颜色中心是通过氧化SiC基底形成的。能量水平是在半导体的禁带中由捕获电子的缺陷形成的，称为电子陷阱。
在制造过程中，氧化条件（包括温度和部分压力）被认为会影响界面上颜色中心和电子陷阱的密度，但这项工作首次对这些条件在广泛范围内的影响进行了详细调查。
研究人员观察到颜色中心的发光与电子陷阱的密度之间存在明显的相关性，发现它们具有共同的起源。颜色中心与特定的能级相关（即， SiC导带边缘的0.65-0.92 eV），在比较实验结果与理论研究后，研究人员建议一个特定的与碳相关的缺陷是颜色中心最有前景的候选者。
“我们的结果令人兴奋，因为我们终于开始理解这些界面颜色中心是如何形成的，它们的发光是如何工作的，”研究的资深作者小林拓真说。“随着我们对这些问题理解的加深，我们对实现利用界面颜色中心的量子技术的希望也在增加。由于这些颜色中心是金属氧化物半导体器件的核心，与不断发展的大规模集成技术高度兼容应为可扩展量子应用开辟道路。”
由于量子技术依赖于对颜色中心的精确控制，这项研究代表着朝着未来能够制造此类量子设备迈出的一步。
