超硬材料網

　　申請號：201380064699.1
　　申請人：六號元素技術有限公司 哈佛學院院長及董事
　　發明人：M·馬卡姆 A·斯泰西 N·德利昂 Y·褚 B·J·希爾茲 B·J·M·豪斯曼 P·馬萊廷斯基 R·E·埃文斯 A·雅各拜 H·樸 M·隆卡爾 M·D·盧金 　　摘要：合成金剛石材料，其包含一個或多個自旋缺陷，該一個或多個自旋缺陷具有不大于100MHz的半峰全寬固有非均勻的零聲子譜線寬度。用于獲得這樣的材料的方法包括多階段退火過程。

　　主權利要求：1.合成金剛石材料，其包含一個或多個自旋缺陷，該一個或多個自旋缺陷具有不大于100MHz的半峰全寬固有非均勻的零聲子譜線寬度。
　　2.根據權利要求1的合成金剛石材料，其中該半峰全寬固有非均勻的零聲子譜線寬度不大于80MHz、60MHz、50MHz或40MHz。
　　3.根據權利要求1或2的合成金剛石材料，其中在至少10、20、30、50、75、100、500或1000秒內將該半峰全寬固有非均勻的零聲 子譜線寬度平均。
　　4.根據權利要求1至3中任一項的合成金剛石材料，其中在至少10、20、30、50、75、100、500或1000次光譜掃描內將該半峰全寬 固有非均勻的零聲子譜線寬度平均。
　　5.根據任一項在前權利要求的合成金剛石材料，其中該一個或多個自旋缺陷位于離該合成金剛石材料的表面不大于1μm、500nm、200 nm、100nm、50nm、30nm、10nm或5nm。
　　6.根據任一項在前權利要求的合成金剛石材料，其中該合成金剛石材料包含自旋缺陷層，所述層包含至少105個自旋缺陷/cm2并且具有不大于1μm的厚度，其中所述層中的自旋缺陷具有不大于100MHz、80MHz、60MHz、50MHz或40MHz的半峰全寬固有非均勻的零聲子譜線寬度。
　　7.根據權利要求6的合成金剛石材料，其中所述層的厚度不大于500nm、200nm、100nm、50nm、30nm、10nm或5nm。
　　8.根據權利要求5至7中任一項的合成金剛石材料，其中所述層包含105個自旋缺陷/cm2至1011個自旋缺陷/cm2。
　　9.根據任一項在前權利要求的合成金剛石材料，其中至少50％、60％、70％、80％或90％的自旋缺陷具有小于100MHz、80MHz、60MHz、 50MHz或40MHz的總光譜譜線寬度。
　　10.根據任一項在前權利要求的合成金剛石材料，其中該一個或多個自旋缺陷具有在室溫下至少100μs、300μs、500μs、1ms、2ms、 5ms、10ms、50ms或100ms的消相干時間T2。
　　11.根據任一項在前權利要求的合成金剛石材料，其中該合成金剛石材料為CVD合成金剛石材料。
　　12.根據任一項在前權利要求的合成金剛石材料，其中該一個或多個自旋缺陷為NV-自旋缺陷。
　　13.根據任一項在前權利要求的合成金剛石材料，其中該合成金剛石材料包含不大于100ppb、80ppb、60ppb、40ppb、20ppb、 10ppb、5ppb或1ppb的單取代氮濃度。
　　14.根據任一項在前權利要求的合成金剛石材料，還包含在合成金剛石材料中制作的一個或多個光子結構。
　　15.根據權利要求14的合成金剛石材料，其中該一個或多個自旋缺陷位于離該一個或多個光子結構不大于1μm、500nm、200nm、100 nm、50nm、30nm、10nm或5nm或位于該一個或多個光子結構內。
　　16.由合成金剛石材料制作的光子器件結構，所述光子器件結構包含由包括一個或多個光子結構的根據權利要求1至15中任一項的合 成金剛石材料制作的光子器件層，該光子結構或每個光子結構包含設置在其中的至少一個自旋缺陷，其中所述至少一個自旋缺陷具有不大 于3.5GHz的半峰全寬固有非均勻的零聲子譜線寬度和不大于100MHz 的單次掃描譜線寬度。
　　17.根據權利要求16的光子器件結構，其中所述至少一個自旋缺陷具有不大于3.0GHz或2.6GHz的半峰全寬固有非均勻的零聲子譜 線寬度。
　　18.制作根據權利要求1至15中任一項的合成金剛石材料或根據權利要求16或17的光子器件結構的方法，該方法包括：選擇包含不大于100ppb、80ppb、60ppb、40ppb、20ppb、10ppb、5ppb或1ppb的單取代氮濃度的合成金剛石材料；和使用多階段退火過程將該合成金剛石材料退火：在350至450℃范圍內的溫度下持續至少2小時的第一退火步驟；在750至900℃范圍內的溫度下持續至少2小時的第二退火步驟； 和在1150℃至1550℃范圍內的溫度下持續至少2小時的第三退火步驟。
　　19.根據權利要求18的方法，其中進行第一退火步驟持續至少4小時、6小時或8小時。
　　20.根據權利要求18或19的方法，其中進行第二退火步驟持續至少4小時、6小時或8小時的時間段。
　　21.根據權利要求18至20中任一項的方法，其中進行第三退火步驟持續至少4小時、6小時或8小時的時間段。
　　22.根據權利要求18至21中任一項的方法，其中在至少1200℃、1300℃或1350℃的溫度和/或1500℃、1450℃或1400℃的溫度下進行 第三退火步驟。
　　23.根據權利要求18至22中任一項的方法，還包括在多階段退火過程之前將氮層注入該合成金剛石材料中。
　　24.根據權利要求18至23中任一項的方法，還包括在多階段退火過程之前輻照該合成金剛石材料以形成空位缺陷。
　　25.基于金剛石的量子體系，包含：根據權利要求1至15中任一項的合成金剛石材料或根據權利要求16或17的光子器件結構；配置成光學激發合成金剛石材料或光子器件結構中的一個或多個自旋缺陷的激發裝置；和配置成探測來自該一個或多個自旋缺陷的光子發射的探測器裝置。
　　26.根據權利要求25的基于金剛石的量子體系，其中將該激發裝置配置成單獨處理至少兩個自旋缺陷，其中該基于金剛石的量子體系還包含配置成將光子發射與該至少兩個自旋缺陷重疊的光子干涉裝置，并且其中將該探測器裝置配置成探測在通過光子干涉裝置之后來自該至少兩個自旋缺陷的光子發射，其中將該探測器裝置配置成分辨光子探測時間中足夠小的差異，使得來自至少兩個合成固態發射體的光子發射為量子力學上不可區分的，導致來自不同自旋缺陷的不可區分的光子發射之間的量子糾纏。