Fabrication and nanophotonic waveguide integration of silicon carbide colour centres with preserved spin-optical coherence

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作者
Charles Babin,Rainer Stöhr,Naoya Morioka,Tobias Linkewitz,Timo Steidl,Raphael Wörnle,Di Liu,Erik Hesselmeier,Vadim Vorobyov,Andrej Denisenko,Mario Hentschel,Christian Gobert,Patrick Berwian,G. V. Astakhov,Wolfgang Knolle,Sridhar Majety,Pranta Saha,Marina Radulaski,Nguyên Tiên Són,Jawad Ul‐Hassan,Florian Kaiser,Jörg Wrachtrup
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:21 (1): 67-73 被引量:127
标识
DOI:10.1038/s41563-021-01148-3
摘要

Optically addressable spin defects in silicon carbide (SiC) are an emerging platform for quantum information processing compatible with nanofabrication processes and device control used by the semiconductor industry. System scalability towards large-scale quantum networks demands integration into nanophotonic structures with efficient spin–photon interfaces. However, degradation of the spin-optical coherence after integration in nanophotonic structures has hindered the potential of most colour centre platforms. Here, we demonstrate the implantation of silicon vacancy centres (VSi) in SiC without deterioration of their intrinsic spin-optical properties. In particular, we show nearly lifetime-limited photon emission and high spin-coherence times for single defects implanted in bulk as well as in nanophotonic waveguides created by reactive ion etching. Furthermore, we take advantage of the high spin-optical coherences of VSi centres in waveguides to demonstrate controlled operations on nearby nuclear spin qubits, which is a crucial step towards fault-tolerant quantum information distribution based on cavity quantum electrodynamics.
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