在《纳米快报》在线发表的一项研究中，中国科学院中国科学技术大学李传峰教授和徐金石博士领导的团队在增强单个碳化硅自旋缺陷的荧光方面取得了进展。

增强单碳化硅自旋色心的荧光

研究人员利用表面等离子体显着提高单碳化硅双空位PL6色心的荧光亮度，从而利用共面波导的特性提高自旋控制的效率。这种低成本方法既不需要复杂的微纳加工技术，也不会损害色心的相干性。

固态系统中的自旋色心对于量子信息处理至关重要，其荧光亮度是实际量子应用的重要参数。

传统上，增强自旋色心的荧光涉及将它们与固态微纳米结构耦合，这是一种常见的方法，包括各种方案，例如制造固体浸没透镜、纳米柱、牛眼结构、光子晶体微腔和光纤腔。然而，挑战仍然存在，例如色心自旋特性对复杂微纳制造工艺的敏感性，以及将特定色心与微纳结构对齐的困难。

该团队开创了一种新方法，使用等离子激元来增强碳化硅自旋中心的荧光。研究人员通过化学和机械抛光制备了厚度约10微米的碳化硅薄膜。他们使用离子注入技术在薄膜中创建近表面双空位色心。

利用范德华力，将薄膜翻转并粘附到涂有共面金波导的硅晶片上。这种定位允许近表面色心受到金波导表面等离子体的影响，从而增强色心的荧光。

借助物镜(数值孔径为0.85)和表面等离子激元的增强作用，研究人员实现了单个PL6色心亮度的七倍增强。使用数值孔径为1.3的油镜，色心荧光超过每秒百万次。

此外，研究人员通过反应离子蚀刻工艺调整薄膜厚度，设法精确控制近表面色心与共面波导之间的距离，这使他们能够研究最佳操作范围。除了产生表面等离子体外，共面金波导还可用于有效辐射微波，显着提高自旋控制效率。

与传统微波辐射方法相比，共面波导在相同微波功率下将单个PL6色心的拉比频率提高了14倍。

此外，研究人员还研究了荧光增强的机制。通过使用三能级模型拟合自相关函数并测量非共振激发荧光寿命，他们证实表面等离子体激元通过增加色心能级的辐射跃迁率来增强荧光亮度。

他们还发现，随着相互作用距离的减小，表面等离激元的猝灭效应导致色心荧光亮度衰减。

这项工作标志着首次在碳化硅薄膜中实现了来自近表面自旋色心的等离子体增强荧光。共面金波导的制备非常简单，无需复杂的增强结构或对准过程。该方法还增强了碳化硅中其他自旋色心的荧光，标志着碳化硅材料在量子科学领域的应用向前迈出了重要一步。