ダイヤモンドのシリコン空孔中心

シリコン空孔中心 (Si-V) は、ダイヤモンドの光学活性欠陥(カラー センターと呼ばれる) であり、ダイヤモンド研究コミュニティでますます注目を集めています。この関心は主に、よく知られ、広く研究されている窒素空孔中心(NV)と比較した Si-V のコヒーレントな光学特性によって推進されています。

Si-V中心は、ダイヤモンド格子内の隣接する2つの炭素原子を1つのシリコン原子に置き換えることによって形成され、2つの空格子点の間に配置されます。この構成はD _3d点群対称性を持ちます。^[2]

Si-V 中心は、ダイヤモンドのバンドギャップ内に位置する基底電子状態と励起電子状態を持つ単一正孔(スピン 1/2) システムです。基底電子状態と励起電子状態は、スピン軌道結合によって分割された 2 つの軌道状態を持ちます。これらのスピン軌道状態はそれぞれスピンによって二重に縮退しており、この分割は格子ひずみの影響を受ける可能性があります。ダイヤモンド格子内のフォノンは、これらの軌道状態間の遷移を駆動し、約 1 K を超える温度で軌道集団の急速な平衡化を引き起こします。^[3]

2つの基底状態と2つの励起軌道状態の間の4つの遷移はすべて双極子許容であり、738 nm（1.68 eV）^[4]に鋭いゼロフォノン線（ZPL）があり、766 nm付近の約20 nmのウィンドウでフォノンサイドバンドが最小限に抑えられています。 ^[5] Si-V中心は、窒素空孔中心（デバイ・ワラー係数〜0.04）など、ダイヤモンドの他のほとんどの光学中心よりもはるかに多くの発光（約70％）をZPLに放出します（デバイ・ワラー係数は0.7）。^[6] Si-V中心には、最低励起状態に急速に緩和するより高い励起状態もあり、共鳴外励起を可能にします。

Si-V中心は反転対称性を持ち、静的電気双極子モーメント（一次）を持たないため、ダイヤモンド格子内の不均一な電場から生じる可能性のあるシュタルクシフトの影響を受けません。この特性と弱い電子-フォノン結合により、Si-V中心のZPLは狭くなり、そのZPLは主にその固有寿命によって制限されます。^[7]明るいフォトルミネセンス、狭い光ライン、および光学的に区別できないSi-V中心の見つけやすさは、固体量子光学への応用に有利です。

Si-V中心の光学遷移は電子スピンを保存するが、Si-V軌道状態間の急速なフォノン誘起混合によりスピンデコヒーレンスが発生する。しかし、Si -Vの^{29 Si核スピンを}量子情報アプリケーション用の量子ビットとして使用することは可能である。^{[8] [9] [10]}

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