一种用于光学寻址固态自旋对电荷转移的机制

《Nature Physics》：A charge transfer mechanism for optically addressable solid-state spin pairs

六方氮化硼中的发光点缺陷表现出宽波长范围的光致磁共振，其微观结构和物理机制尚未明确。本文提出基于自由基对机制的模型，通过第一性原理计算验证了常见碳缺陷对的可行性，并指出该模型可能适用于其他宽带隙半导体。

　　

摘要

六方氮化硼中的亮点缺陷发射体在量子传感和其他技术领域具有潜在的应用价值。然而，正确识别观察到的缺陷的微观性质可能较为困难，这为进一步发展带来了挑战。在六方氮化硼中，已经观察到一类在宽波长范围内表现出光学检测磁共振（ODMR）现象的亮发射体，但这些发射体在零场条件下没有可分辨的能级分裂。不过，这些缺陷的微观结构及其光学检测磁共振信号的物理起源至今尚未明确。在这里，我们提出了一个模型，该模型能够解释所有关键的实验现象，并为自旋分辨光动力学特性提供了物理上的解释。该模型受到自旋化学中自由基对机制的启发，假设存在一对相邻的点缺陷，其中一个是光学活性的。通过第一性原理计算，我们证明由常见碳缺陷组成的简单缺陷对可以合理实现这一模型。除了解答关于六方氮化硼中缺陷的相关问题外，我们的模型也可能解释其他宽禁带半导体中观察到的类似现象。