我校郭光灿院士团队在单个碳化硅自旋色心荧光增强的研讨中获得新进展。该团队李传锋、许金时等人成功运用外表等离激元大幅增强了单个碳化硅双空位PL6色心的荧光亮度，并运用共面波导的特性大幅度进步了自旋控制功率。这项技能成本低、无需杂乱的微纳加工工艺，且不影响色心的相干性质，关于开展根据碳化硅自旋色心的量子运用具有极端重大意义。研讨成果5月8日以“Plasmonic-enhanced bright single spin defects in silicon carbide membranes”为题，在线宣布在世界闻名期刊《Nano Letters》。

  固态自旋色心是用于量子信息处理的重要系统，其荧光亮度是迈向实用化量子运用的重要参数。经过与固态微纳结构耦合来完成自旋色心的荧光增强是一种常用的办法。人们现已提出并完成了多种不同的计划，包含加工固体滋润透镜、纳米柱、牛眼环、光子晶体微腔和光纤腔等。但是，这一方向仍然存在许多具有挑战性的问题是需求处理，例如色心自旋性质简略遭到杂乱微纳工艺流程的影响，以及色心与微纳结构之间难以对准等。

  李传锋、许金时研讨组别出心裁，运用等离激元完成碳化硅中自旋色心的荧光增强。研讨组经过化学机械抛光等工艺制备出厚度约10微米的碳化硅薄膜，并运用离子注入技能在薄膜中制备近外表（约15纳米）的双空位色心。随后将薄膜翻转，运用范德瓦尔斯力将其粘贴在镀有共面金波导的硅片上，由此使得近外表色心与金波导的间隔落在外表等离激元的效果规模内，然后增强色心荧光。

  研讨组在之前的作业中初次发现碳化硅中单个双空位PL6色心在室温下具有与金刚石NV色心相媲美的发光亮度和自旋读出比照度[Natl. Sci. Rev. 9, nwab122 (2022)]。在本项作业中，运用数值孔径0.85的物镜，运用外表等离激元的增强效应，完成了单个PL6色心亮度7倍的增强；进一步运用数值孔径1.3的油镜，色心荧光每秒可超越1百万个计数。研讨组还运用反应离子刻蚀工艺调控薄膜厚度，然后准确控制近外表色心与共面波导的间隔，研讨最佳效果规模。除了产生外表等离激元，共面金波导还可用来高效辐射微波，然后大幅度进步自旋控制功率。比较传统微波辐射办法，共面波导使单个PL6色心的拉比频率在相同微波功率下提升了14倍。试验设备与成果如图所示。

  研讨组还深入研讨了荧光增强机制。运用三能级模型拟合自相关函数，以及丈量非共振激起荧光寿数，研讨组不只验证了外表等离激元是经过进步色心能级的辐射跃迁速率来增强荧光亮度，而且发现在效果间隔逐步缩小的过程中，外表等离激元的淬灭效应会导致色心荧光亮度产生衰减。

  试验设备与成果图。a根据外表等离激元增强的器材示意图；b存在等离激元增强（左）与无增强（右）区域的共聚集荧光扫描比照图；c被等离激元增强后的单个PL6色心与块材中未增强的单个PL6色心的饱满荧光计数比照图；d运用金波导和铜导线在不同微波功率下测得的拉比振动频率比照图。

  该作业初次完成了碳化硅薄膜中近外表自旋色心荧光的等离激元增强。共面金波导制备简略，无需杂乱的增强结构与对准工艺，而且该办法也适用于碳化硅中其他自旋色心的荧光增强。这项技能将有力推进碳化硅资料在量子范畴的运用。

  中科院量子信息要点试验室博士生周继阳为论文榜首作者。此项作业得到了科技部、国家自然科学基金委、我国科学院、安徽省和我国科学技能大学的赞助。

  （中科院量子信息要点试验室、物理学院、中科院量子信息和量子科学技能创新研讨院、科研部）