宽禁带半导体中的色心缺陷有望应用于量子通信、量子计算和量子传感。近年来，金刚石中的硅空位色心缺陷 SiV0 因具有更长的相干时间而逐渐成为研究热点。然而，将硅空位色心缺陷稳定在 SiV0 仍具有挑战性。第一性原理计算表明，硅空位色心缺陷更倾向于形成 SiV- 和SiV2-，且金刚石中其他杂质离子（如硼和氢）对缺陷的形成和稳定也有影响。近期，日本近畿大学 Mami N. Fujii 研究团队研究了 SiV0、SiV− 和 SiV2− 三种色心缺陷的转换过程，揭示了金刚石中硅空位缺陷动力学行为。相关研究成果以“Room-temperature photochromism of silicon vacancy centers in CVD diamond”为题发表在 Nano Letters 上。
摘要：
金刚石中的硅空位（SiV）中心通常有三种稳定的电荷状态，即 SiV0、SiV− 和 SiV2−，但对于其形成机理的研究却十分困难，尤其是在室温下的形成过程，这是因为它们的光致发光速率有很大差别。在本文中，研究人员使用共聚焦荧光显微镜来激活和探测常规环境条件下三种空位色心缺陷之间的电荷转换。通过扩散-光生空穴两步捕获技术观测到了 SiV0 缺陷，这一过程是通过在低温条件下直接测量 SiV0 荧光以及在外部施加电场条件下通过观察共聚焦荧光显微镜发现的。此外，研究表明，连续的红光激发会诱导转换过程：首先将 SiV0 转化为 SiV−，再转化为 SiV2−。该研究揭示了 SiV 的电荷动力学行为，并将为纳米传感和量子信息处理应用研究提供参考。
文章信息：
M. N. Fujii, M. Tanaka, T. Tsuno, et al. Room-temperature photochromism of silicon vacancy centers in CVD diamond. Nano Lett., 2023, 23, 1017-1022.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04514