寬禁帶半導體中的色心缺陷有望應用于量子通信、量子計算和量子傳感。近年來，金剛石中的硅空位色心缺陷 SiV0 因具有更長的相干時間而逐漸成為研究熱點。然而，將硅空位色心缺陷穩定在 SiV0 仍具有挑戰性。第一性原理計算表明，硅空位色心缺陷更傾向于形成 SiV- 和SiV2-，且金剛石中其他雜質離子（如硼和氫）對缺陷的形成和穩定也有影響。近期，日本近畿大學 Mami N. Fujii 研究團隊研究了 SiV0、SiV? 和 SiV2? 三種色心缺陷的轉換過程，揭示了金剛石中硅空位缺陷動力學行為。相關研究成果以“Room-temperature photochromism of silicon vacancy centers in CVD diamond”為題發表在 Nano Letters 上。

       摘要：

       金剛石中的硅空位（SiV）中心通常有三種穩定的電荷狀態，即 SiV0、SiV? 和 SiV2?，但對于其形成機理的研究卻十分困難，尤其是在室溫下的形成過程，這是因為它們的光致發光速率有很大差別。在本文中，研究人員使用共聚焦熒光顯微鏡來激活和探測常規環境條件下三種空位色心缺陷之間的電荷轉換。通過擴散-光生空穴兩步捕獲技術觀測到了 SiV0 缺陷，這一過程是通過在低溫條件下直接測量 SiV0 熒光以及在外部施加電場條件下通過觀察共聚焦熒光顯微鏡發現的。此外，研究表明，連續的紅光激發會誘導轉換過程：首先將 SiV0 轉化為 SiV?，再轉化為 SiV2?。該研究揭示了 SiV 的電荷動力學行為，并將為納米傳感和量子信息處理應用研究提供參考。

       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