CN114676843B - 六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置及方法 - Google Patents

六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合的方法与装置。发明目的在于用机械谐振器的振动模式实现少层六方氮化硼上色心的自旋调控。六方氮化硼上色心的自旋能级可以看作一个量子比特，可以通过激光极化、读取和微波调控，且能级结构对应力、磁场非常敏感。这里的机械谐振器是石墨烯振子在电调控下产生机械振动的纳米器件。由于石墨烯与六方氮化硼之间的范德华力，六方氮化硼会紧密贴合在机械谐振器上；通过电压调节其振动并使六方氮化硼上的色心感受到应变，从而实现六方氮化硼色心量子比特的调控。本发明提出的器件结构简单、尺寸小、容易调控，可以成为利用机械振动和自旋之间的耦合控制自旋量子比特的一种途径。

Description

六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置及方法
技术领域
本发明涉及半导体二维材料、精密测量领域，尤其涉及基于实现六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合的方法与装置。
背景技术
基于固态量子自旋的新技术的发展取决于现有技术和其他量子位系统的集成。目前量子声子学和固态自旋系统的探索可以在量子模拟和量子信息处理中有广泛的应用，包括对自旋模型、量子态转移、通过单向声子通道制备纠缠态的模拟。声子，机械波的量子，因为声波的速度比光速慢得多，是实现芯片上的量子信息处理和网络的重要选择；二维材料的超低质量、坚固性和高可调性等特殊属性使其非常适合纳米机电系统(NEMS)，基于范德瓦尔斯型二维材料的实验研究己在光子学、电子学、磁学等多个领域取得了迅速发展；固态色心自旋体系极易小型化和集成化被广泛应用于量子计算机和量子精密测量，但这些体系多是三维材料里的色心构成，如金刚石氮-空位(NV)色心，但其硬度高、加工难度大的特点限制了其被应用到纳米机械系统中的潜力，六方氮化硼是迄今为止唯一一种被证明含有光学探测电子自旋的层状材料，其色心具有与金刚石氮-空位色心近似的特性，可用于固体量子比特和量子传感器等结构，特别是嵌入在纳米层状器件中。基于以上材料和结构的优势，我们发明了一种将其优势结合起来的装置，旨在利用机械运动和自旋之间的耦合控制自旋量子比特，使直接的自旋-机械耦合使晶格应变的机械自旋调控成为可能，这种相互作用可以使自旋压缩和机械谐振器冷却。本发明是将六方氮化硼上色心特性和纳米机械振子结合的一种装置，器件包括带有色心的六方氮化硼层、石墨烯层及可调控机械振动结构，并与二维谐振子中的声子耦合，可以在一个完全可调谐的固态器件中实现声子与自旋之间的相互作用。
发明内容
本发明提供一种实现六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合的方法与装置，其目的在于用简单的机械谐振器结构实现六方氮化硼色心与机械谐振器的耦合。机械谐振器可以通过电压调节产生形变和振动并且带动六方氮化硼上的色心性质改变。
为实现上述发明目的，本发明提供一种六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置及耦合方法。
本发明技术方案如下：
一种六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置，包括基片4、基片上方的电极系统3、电极系统3上方的可调控机械振动系统、可调控机械振动系统上自旋能级系统，
叠加结构2搭在源电极31和漏电极33之间，通过电极系统3调控形成机械振动系统，并达到调控自旋能级系统的目的；叠加结构2包括下方的少层石墨烯22和上方的少层六方氮化硼21，二者通过范德华力结合叠加在一起；
自旋能级系统：由六方氮化硼上的色心1构成，用于形成量子比特；
可调控机械振动系统：由少层石墨烯与少层六方氮化硼的叠加结构2和基片上的凹槽结构5组成，使悬于上方的叠加结构有足够的空间，用以产生电可调控的形变和应力；
电极系统3：用于支撑叠加结构2，并调控少层石墨烯与少层六方氮化硼的叠加结构的振动，使其得到机械振动系统。
作为优选方式，凹槽结构5为条形或圆孔型；
凹槽结构5为条形时，电极系统包括栅电极32、源电极31和漏电极33，栅电极32位于源电极31和漏电极33之间下方，三个电极可用于测量及调控机械振动系统，还可以用于微波的辐射；色心自旋能级系统位于栅电极32正上方；
凹槽结构5为圆孔型，圆孔穿过源电极31和部分基片，电极系统包括栅电极32、源电极31，栅电极32位于源电极31上方，且源极和栅极之间使用基片4的二氧化硅隔开，二维材料和栅极在电路中相当于一个的可变电容，也利用静电力相互作用的原理，实现形变调控，色心自旋能级系统位于栅电极32正上方。
作为优选方式，凹槽结构5为条形时，Vs、Vd、Vg分别是加在源、漏、栅极的电压，Cs、Cd、Cg分别是源极与栅极、漏极与栅极、栅极与二维材料之间的等效电容，电路施加变化电压调控机械振动系统，在装置等效的三端口电路中，石墨烯悬浮在栅极上方并且把源、漏电极连接在一起形成导电通道，通过静电力的相互作用来驱动振子，在栅极上施压直流电压，这个时候二维材料叠加结构会被静电力所吸引转向栅极，形变程度随着栅极电容和栅极电压的改变而改变，使在其上的色心自旋能级系统因形变发生耦合作用。
凹槽结构5为圆孔型时，Vs、Vg分别是加在源、栅极的电压，Cs、Cg分别是源极与栅极、栅极与二维材料之间的等效电容，电路施加变化电压调控机械振动系统，石墨烯悬浮在栅极上方，通过静电力的相互作用来驱动振子，在栅极上施压直流电压，这个时候二维材料叠加结构会被静电力所吸引转向栅极，形变程度随着栅极电压的改变而改变，使在其上的色心自旋能级系统因形变发生耦合作用，栅极直接用掺杂衬底。
作为优选方式，少层的含义是二维材料的单层层数在二十层以下。
作为优选方式，三个电极都是通过光刻、镀电极和刻蚀实现的。
作为优选方式，色心自旋能级系统均由六方氮化硼上的单个或多个点缺陷构成，包括硼空位VB -，或者缺陷结构为中心缺失一个氮原子、邻位一个硼原子被氮原子取代得到NBVN。
作为优选方式，电极系统还包括牵引电极34和外部电极35，牵引电极34位于外部电极35和源电极31之间、外部电极35和栅电极32之间以及外部电极35和漏电极33之间；外部电极用于连接外部电压源、微波源及测控设备，这些电极都是金-钛电极，厚度为十纳米量级，放置在基片4的二氧化硅上。
作为优选方式，调控机械谐振子的源31、漏电极33的水平间距为微米量级，二者与中间栅电极32的高度差为百纳米量级。
作为优选方式，栅、源、漏极上加的电压源是静态电压源，为了振动模式或形变的调整以及色心自旋系统的微波调控，或者是静态电压源加微波源，振动模式即二维材料在栅极上围绕着静态时候的位置上下振动的模式。
本发明还提供一种六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合方法，使用上述的装置，其特征在于：凹槽结构5为条形时，Vs、Vd、Vg分别是加在源、漏、栅极的电压，Cs、Cd、Cg分别是源极与栅极、漏极与栅极、栅极与二维材料之间的等效电容，电路施加变化电压调控机械振动系统，在装置等效的三端口电路中，石墨烯悬浮在栅极上方并且把源、漏电极连接在一起形成导电通道，通过静电力的相互作用来驱动振子，在栅极上施压直流电压，这个时候二维材料叠加结构会被静电力所吸引转向栅极，形变程度随着栅极电压的改变而改变，由于色心周围的原子在晶格应变下分子轨道变形，使色心自旋能级系统因形变发生耦合作用。
凹槽结构5为圆孔型时，Vs、Vg分别是加在源、栅极的电压，Cs、Cg分别是源极与栅极、栅极与二维材料之间的等效电容，电路施加变化电压调控机械振动系统，石墨烯悬浮在栅极上方，通过静电力的相互作用来驱动振子，在栅极上施压直流电压，这个时候二维材料叠加结构会被静电力所吸引转向栅极，形变程度随着栅极电压的改变而改变，由于色心周围的原子在晶格应变下分子轨道变形，使色心自旋能级系统因形变发生耦合作用，栅极直接采用可导电的掺杂衬底。
本发明的工作原理为：利用静电力相互作用、电子-声子相互作用、自旋-应变相互作用，以二维机械谐振器实现对六方氮化硼色心量子比特的耦合。通过源极、漏极电压和栅极电压调控机械谐振器使振动和应变与六方氮化硼上色心的自旋耦合。
本发明的有益效果在于：用六方氮化硼上的色心作为自旋能级系统，以石墨烯二维机械谐振器作为机械振动调控系统，其具有体积小，质量小，调控方便的优点。装置结构简单，可以作为利用机械振动和自旋之间的耦合控制自旋量子比特的方法，可以实现自旋压缩和机械谐振器冷却。装置中的电极通过传统的半导体微纳加工工艺制备，二维材料的制备和转移也是使用实验室常用工具实现，色心的制备可以通过离子注入、流程相对简单，易于制作和测量。
附图说明
图1为本发明六方氮化硼上VB -(硼空位)、NBVN色心的结构示意图，大的灰色原子即为硼原子，小的黑色原子为氮原子。
图2为本发明实施例1的六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置三维图。
图3是本发明包括牵引电极和外部电极的电极系统结构示意图。
图4是本发明振动模式和微波调控的电路分析图，Vs、Vd、Vg分别是加在源、漏、栅极的电压。Cs、Cd、Cg分别是源极与栅极、漏极与栅极、栅极与二维材料之间的等效电容。
图5是实施例2的六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置去掉叠加结构的俯视图。
图6是图5放上叠加结构后通过圆孔型凹槽中心的截面图。
1是六方氮化硼上的色心；2是叠加结构，21是少层六方氮化硼，22是少层石墨烯；3是电极系统，31是源电极，32是栅电极，33是漏电极，34是牵引电极，35是外部电极；4是基片；5是条形凹槽结构。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
附图1为六方氮化硼上VB -(带负电的硼空位)、NBVN色心的结构示意图，灰色且稍大的原子即为硼原子，黑色且稍小为氮原子，这些色心可由在六方氮化硼上进行中子辐照、离子注入、飞秒激光写入和电子辐照等操作产生，且色心可由激光激发并被共聚焦系统扫描定位和确定。六方氮化硼色心与机械谐振器的耦合，需通过调控电极系统使二维谐振子的振动模式发生变化，当色心自旋能级频率与振动模式频率相近便产生耦合作用。
实施例1
本实施例提供一种实现六方氮化硼色心与机械谐振器耦合的方法与装置，
如图2所示，一种六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置，包括基片4、基片上方的电极系统3、电极系统3上方的可调控机械振动系统、可调控机械振动系统上自旋能级系统，
叠加结构2搭在源电极31和漏电极33之间，通过电极系统3调控形成机械振动系统，并达到调控自旋能级系统的目的；叠加结构2包括下方的少层石墨烯22和上方的少层六方氮化硼21，二者通过范德华力结合叠加在一起；
自旋能级系统：由六方氮化硼上的色心1构成，用于形成量子比特；
可调控机械振动系统：由少层石墨烯与少层六方氮化硼的叠加结构2和基片上的凹槽结构5组成，使悬于上方的叠加结构有足够的空间，用以产生电可调控的形变和应力；
电极系统3：用于支撑叠加结构2，并调控少层石墨烯与少层六方氮化硼的叠加结构的振动，使其得到机械振动系统。
凹槽结构5为条形；
电极系统包括栅电极32、源电极31和漏电极33，栅电极32位于源电极31和漏电极33之间下方，三个电极可用于测量及调控机械振动系统，还可以用于微波的辐射；色心自旋能级系统位于栅电极32正上方；
如图4所示，凹槽结构5为条形时，Vs、Vd、Vg分别是加在源、漏、栅极的电压，Cs、Cd、Cg分别是源极与栅极、漏极与栅极、栅极与二维材料之间的等效电容，电路施加变化电压调控机械振动系统，在装置等效的三端口电路中，石墨烯悬浮在栅极上方并且把源、漏电极连接在一起形成导电通道，通过静电力的相互作用来驱动振子，在栅极上施压直流电压，这个时候二维材料叠加结构会被静电力所吸引转向栅极，形变程度随着栅极电压的改变而改变，使在其上的色心自旋能级系统因形变发生耦合作用。
少层的含义是二维材料的单层层数在二十层以下。
三个电极都是通过光刻、镀电极和刻蚀实现的。
色心自旋能级系统均由六方氮化硼上的单个或多个点缺陷构成，包括硼空位VB -，或者缺陷结构为中心缺失一个氮原子、邻位一个硼原子被氮原子取代得到NBVN。
电极系统还包括牵引电极34和外部电极35，牵引电极34位于外部电极35和源电极31之间、外部电极35和栅电极32之间以及外部电极35和漏电极33之间；外部电极用于连接外部电压源、微波源及测控设备，这些电极都是金-钛电极，厚度为十纳米量级，放置在基片4的二氧化硅上。
优选的，调控机械谐振子的源电极31、漏电极33的水平间距为0-7微米，二者与中间栅电极32的高度差为百纳米量级。
优选的，基片由本征硅和300纳米的氧化硅构成。
优选的，栅、源、漏极上加的电压源是静态电压源，为了振动模式或形变的调整以及色心自旋系统的微波调控，或者是静态电压源加微波源，振动模式即二维材料在栅极上围绕着静态时候的位置上下振动的模式。
本实施例还提供一种六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合方法，Vs、Vd、Vg分别是加在源、漏、栅极的电压，Cs、Cd、Cg分别是源极与栅极、漏极与栅极、栅极与二维材料之间的等效电容，电路施加变化电压调控机械振动系统，在装置等效的三端口电路中，石墨烯悬浮在栅极上方并且把源、漏电极连接在一起形成导电通道，通过静电力的相互作用来驱动振子，在栅极上施压直流电压，这个时候二维材料叠加结构会被静电力所吸引转向栅极，形变程度随着栅极电容和栅极电压的改变而改变，使在其上的色心自旋能级系统因形变发生耦合作用。
实施例2
如图5、图6所示，本实施例和实施例1的区别在于：凹槽结构5为圆孔型，圆孔穿过源电极31和部分基片，电极系统包括栅电极32、源电极31，栅电极32位于源电极31上方，且源极和栅极之间使用基片4的二氧化硅隔开，二维材料和栅极在电路中相当于一个的可变电容，也利用静电力相互作用的原理，实现形变调控，色心自旋能级系统位于栅电极32正上方。
装置在氮掺杂硅和300纳米二氧化硅的基片4上制作，六方氮化硼和二维材料的叠加层和基片的参杂硅(氮掺杂)形成一个可调电容的结构，通过调控电路的振荡频率和电压，调控鼓膜的形变和振动，从而实现应变调控。这样的结构二维材料受力更加均匀，可以排除受力的影响因素，且制作更加简单，只需在镀金的基片上打一个半径1-7微米的圆孔，再将二维材料进行转移即可。
本实施例还提供一种六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合方法，凹槽结构5为圆孔型时，Vs、Vg分别是加在源、栅极的电压，Cs、Cg分别是源极与栅极、栅极与二维材料之间的等效电容，电路施加变化电压调控机械振动系统，石墨烯悬浮在栅极上方，通过静电力的相互作用来驱动振子，在栅极上施压直流电压，这个时候二维材料叠加结构会被静电力所吸引转向栅极，形变程度随着栅极电压的改变而改变，使在其上的色心自旋能级系统因形变发生耦合作用，栅极直接采用可导电的掺杂衬底。
实施例3
本实施例提供一种实现六方氮化硼色心与机械谐振器耦合的装置的制备方法，包括如下步骤：
电极系统的源、漏极之间相距3微米，与栅电极的垂直间距为300纳米。
1.首先清洗基片，依次在丙酮、乙醇和去离子水中清洗10分钟，清洗过程中需使用超声仪震荡。
2.使用离子束曝光和随后的反应离子蚀刻在基片上绘制深度为300纳米、宽度为3微米的矩形槽。
3.然后通过标准电子束蒸发过程沉积30nm的金，用作源、漏和栅极。
4.最后，通过干法反应离子刻蚀技术将源、漏的电极形状蚀刻出来。
在衬底结构制作完成后，转移两种二维材料：少层石墨烯和六方氮化硼：
1.首先是使用标准透明胶带将少层六方氮化硼和石墨烯剥离到经过食人鱼溶液清理过的硅晶片上。
2.然后，将标准配方制备的聚二甲基硅氧烷(PDMS)剪切成小块。
3.二甲基硅氧烷小块在异丙醇溶液和去离子水中用超声波分别清洗1分钟，然后将一块5毫米的小块放在干净的玻片上。
4.将二甲基硅氧烷小块盖在烧杯上，烧杯下面是沸腾的去离子水(110摄氏度)，几秒之后液滴将凝结在小块下面。
5.二维材料转移平台转移阶段用于将二甲基硅氧烷贴片与六方氮化硼层对齐，并以小块与硅基板之间很小的速度轻缓地贴在上面。
6.然后将小块慢慢从基材上提起并与玻片分离，由于小块和二维薄片之间的附着力大于二维薄片和硅基材之间的范德华力，六方氮化硼附着在小块上。
7.接下来，将拾取的六方氮化硼与石墨烯薄片对齐，然后在60摄氏度左右的温度下将其压印在石墨烯上后慢慢地剥落，六方氮化硼转移到石墨烯层上。
8.在此之后，用另一个干净的二甲基硅氧烷小块重复4-7步骤，将二甲基硅氧烷压印在有六方氮化硼石墨烯层的玻片上，六方氮化硼石墨烯层被拾起。
9.最后，将六方氮化硼石墨烯叠加层与带槽的电极基片对齐，并在90摄氏度之间转移。效果如附图2所示，装置结构搭建完成。
色心可以在转移之前通过电子辐照等方法制成后再转移，也可以在转移到基底上之后通过飞秒激光写入或聚焦离子束注入的方式在栅极的正上方定点产生我们需要的色心，可以是单个也可以是系综。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置，其特征在于：包括基片(4)、基片上方的电极系统(3)、电极系统(3)上方的可调控机械振动系统、可调控机械振动系统上的自旋能级系统；
叠加结构(2)搭在源电极(31)和漏电极(33)之间，通过电极系统(3)调控形成机械振动系统，并达到调控自旋能级系统的目的；叠加结构(2)包括下方的少层石墨烯(22)、和上方的少层六方氮化硼(21)，二者通过范德华力结合叠加在一起；少层的含义是二维材料的单层层数在二十层以下；
自旋能级系统：由六方氮化硼上的色心(1)构成，用于形成量子比特；
可调控机械振动系统：由少层石墨烯与少层六方氮化硼的叠加结构(2)和基片上的凹槽结构(5)组成，使悬于上方的叠加结构有足够的空间，用以产生电可调控的形变和应力；
电极系统(3)：用于支撑叠加结构(2)，并调控少层石墨烯与少层六方氮化硼的叠加结构的振动，使其得到机械振动系统。
2.根据权利要求1所述的一种六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置，其特征在于：凹槽结构(5)为条形或圆孔型；
凹槽结构(5)为条形时，电极系统包括栅电极(32)、源电极(31)和漏电极(33)，栅电极(32)位于源电极(31)和漏电极(33)之间下方，三个电极用于测量及调控机械振动系统，还用于微波的辐射；色心自旋能级系统位于栅电极(32)正上方；
凹槽结构(5)为圆孔型，圆孔穿过源电极(31)和部分基片，电极系统包括栅电极(32)、源电极(31)，栅电极(32)位于源电极(31)上方，且源极和栅极之间通过基片(4)的二氧化硅隔开，二维材料和栅极在电路中相当于一个的可变电容，也利用静电力相互作用的原理，实现形变调控，色心自旋能级系统位于栅电极(32)正上方。
3.根据权利要求2任意一项所述的一种六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置，其特征在于：凹槽结构(5)为条形时，Vs、Vd、Vg分别是加在源、漏、栅极的电压，Cs、Cd、Cg分别是源极与栅极、漏极与栅极、栅极与二维材料之间的等效电容，电路施加变化电压调控机械振动系统，在装置等效的三端口电路中，石墨烯悬浮在栅极上方并且把源、漏电极连接在一起形成导电通道，通过静电力的相互作用来驱动振子，在栅极上施压直流电压，这个时候二维材料叠加结构会被静电力所吸引转向栅极，形变程度随着栅极电压的改变而改变，使在其上的色心自旋能级系统因形变发生耦合作用；
凹槽结构(5)为圆孔型时，Vs、Vg分别是加在源、栅极的电压，Cs、Cg分别是源极与栅极、栅极与二维材料之间的等效电容，电路施加变化电压调控机械振动系统，石墨烯悬浮在栅极上方，通过静电力的相互作用来驱动振子，在栅极上施压直流电压，这个时候二维材料叠加结构会被静电力所吸引转向栅极，形变程度随着栅极电压的改变而改变，使在其上的色心自旋能级系统因形变发生耦合作用，栅极直接用掺杂衬底。
4.如权利要求1所述的六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置，其特征在于：三个电极都是通过光刻、镀电极和刻蚀实现的。
5.如权利要求1所述的六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置，其特征在于：色心自旋能级系统均由六方氮化硼上的单个或多个点缺陷构成，包括硼空位VB -，或者缺陷结构为中心缺失一个氮原子、邻位一个硼原子被氮原子取代得到NBVN。
6.如权利要求1所述的六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置，其特征在于：电极系统还包括牵引电极(34)和外部电极(35)，牵引电极(34)位于外部电极(35)和源电极(31)之间、外部电极(35)和栅电极(32)之间以及外部电极(35)和漏电极(33)之间；外部电极用于连接外部电压源、微波源及测控设备，这些电极都是金-钛电极，厚度为十纳米量级，放置在基片(4)的二氧化硅上。
7.如权利要求1所述的六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置，其特征在于：调控机械谐振子的源电极(31)、漏电极(33)的水平间距为微米量级，二者与中间栅电极(32)的高度差为百纳米量级。
8.如权利要求1所述的六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合装置，其特征在于：栅、源、漏极上加的电压源是静态电压源，为了振动模式或形变的调整以及色心自旋系统的微波调控，或者是静态电压源加微波源，振动模式即二维材料在栅极上围绕着静态时候的位置上下振动的模式。
9.一种六方氮化硼色心量子比特与机械谐振器耦合方法，使用权利要求2所述的装置，其特征在于：凹槽结构(5)为条形时，Vs、Vd、Vg分别是加在源、漏、栅极的电压，Cs、Cd、Cg分别是源极与栅极、漏极与栅极、栅极与二维材料之间的等效电容，电路施加变化电压调控机械振动系统，在装置等效的三端口电路中，石墨烯悬浮在栅极上方并且把源、漏电极连接在一起形成导电通道，通过静电力的相互作用来驱动振子，在栅极上施压直流电压时，二维材料叠加结构会被静电力所吸引转向栅极，形变程度随着栅极电压的改变而改变，由于色心周围的原子在晶格应变下分子轨道变形，使色心自旋能级系统因形变发生耦合作用；
凹槽结构(5)为圆孔型时，Vs、Vg分别是加在源、栅极的电压，Cs、Cg分别是源极与栅极、栅极与二维材料之间的等效电容，电路施加变化电压调控机械振动系统，石墨烯悬浮在栅极上方，通过静电力的相互作用来驱动振子，在栅极上施压直流电压时，二维材料叠加结构会被静电力所吸引转向栅极，形变程度随着栅极电压的改变而改变，由于色心周围的原子在晶格应变下分子轨道变形，使色心自旋能级系统因形变发生耦合作用，栅极直接采用可导电的掺杂衬底。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114091678B (zh) * 2021-11-29 2023-04-25 电子科技大学 一种基于声子辅助的量子比特长程耦合装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110940649A (zh) * 2019-12-09 2020-03-31 中国科学技术大学 一种基于倍频的宽频odmr信号探测装置
CN211785129U (zh) * 2019-12-09 2020-10-27 中国科学技术大学 一种基于倍频的宽频odmr信号探测装置
CN112582542A (zh) * 2020-12-06 2021-03-30 南开大学 一种基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管及其制备方法
CN113213909A (zh) * 2021-04-23 2021-08-06 江苏师范大学 一种抗紫外线辐射的yag基透明陶瓷及其制备方法
CN113972305A (zh) * 2021-10-22 2022-01-25 清华大学 一种利用六方氮化硼制备单光子源的方法
CN114091678A (zh) * 2021-11-29 2022-02-25 电子科技大学 一种基于声子辅助的量子比特长程耦合装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10197515B2 (en) * 2014-01-08 2019-02-05 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for optically detecting magnetic resonance
US11727295B2 (en) * 2019-04-02 2023-08-15 International Business Machines Corporation Tunable superconducting resonator for quantum computing devices

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110940649A (zh) * 2019-12-09 2020-03-31 中国科学技术大学 一种基于倍频的宽频odmr信号探测装置
CN211785129U (zh) * 2019-12-09 2020-10-27 中国科学技术大学 一种基于倍频的宽频odmr信号探测装置
CN112582542A (zh) * 2020-12-06 2021-03-30 南开大学 一种基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管及其制备方法
CN113213909A (zh) * 2021-04-23 2021-08-06 江苏师范大学 一种抗紫外线辐射的yag基透明陶瓷及其制备方法
CN113972305A (zh) * 2021-10-22 2022-01-25 清华大学 一种利用六方氮化硼制备单光子源的方法
CN114091678A (zh) * 2021-11-29 2022-02-25 电子科技大学 一种基于声子辅助的量子比特长程耦合装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Phonon mediated non-equilibrium correlations and entanglement between distant semiconducting qubits;Di Yu 等;Mesoscale and Nanoscale Physics;1-14 *
超构表面在量子光学中的研究与应用;朱效舒等;光学学报;第42卷(第03期);102-118 *
金刚石NV色心及其与二维谐振子相互作用的研究;范俊凯;中国优秀硕士学位论文全文数据库 (基础科学辑);A005-665 *

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