东京工业大学(Tokyo Tech)的科学家们发现，在高压和高温处理后形成的钻石中的铅基空位色心是量子网络的理想选择。这种修改后的晶体系统也可以在自旋电子学和量子传感器中找到应用。

钻石的颜色来自缺陷或“空位”，即在晶格中缺少碳原子。空位长期以来一直是电子研究人员的兴趣所在，因为它们可以用来作为“量子节点”或构成量子网络传输数据的点。将缺陷引入钻石的方法之一是向其注入其他元素，如氮、硅或锡。

在最近发表在ACS Photonics上的一项研究中，来自日本的科学家已证明，金刚石中的铅空位色心具有作为量子节点的正确特性。领导这项研究的东京工业大学Takayuki Iwasaki副教授说：“使用像铅这样的重IV族原子是一种在升高的温度下实现优异自旋特征性的简单策略，但之前的研究在准确确定铅空位色心的光学特性方面并不一致。”

研究人员在潜在量子节点中寻找的三个关键特征是对称性、自旋相干时间和零声子线(ZPL)，或不影响“声子”的电子跃迁线，即晶格振动的量子。对称性提供了如何控制自旋(电子等亚原子粒子的旋转速度)的洞察力，相干性是指两个粒子的波动性质的相同性，而ZPL描述了晶体的光学质量。

研究人员在金刚石中制造出铅空位，然后将晶体置于高压和高温下。然后他们使用光致发光光谱研究了铅空位。这种技术可以让你读取光学特性并估计自旋特性。他们发现铅空位具有一种两面体对称性，这适合用于构建量子网络。他们还发现该系统表现出很大的“基态分裂”，这一特性有助于系统的连贯性。最后，他还发现对晶体进行的高压高温处理通过恢复在注入过程中对晶格造成的损坏来抑制ZPL的不均匀分布。

乐观的Iwasaki博士总结道：“我们在研究中提出的模拟似乎表明，铅空位色心可能是创建量子光与物理界面的重要系统，这是量子网络应用中的关键要素之一。”

这项研究为未来开发具有可靠性的大型(有缺陷)金刚石晶片和薄膜，并将它们运用于量子网络应用中铺平了道路。（编译:Qtech）