Silicon carbide color centers
सिलिकॉन कार्बाइड रंग केंद्र सिलिकॉन कार्बाइड के क्रिस्टल जाली में बिंदु दोष हैं, जिन्हें रंग केंद्रों के रूप में जाना जाता है। इन रंग केंद्रों के कई उपयोग हैं, जिनमें से कुछ फोटोनिक्स, अर्धचालकों और क्वांटम अनुप्रयोगों जैसे माप विज्ञान और क्वांटम संचार में हैं। सामग्री में दोषों के बहुत सारे अनुप्रयोग होते हैं, लेकिन सिलिकॉन कार्बाइड में दोष या रंग केंद्र महत्वपूर्ण होने का कारण इन रंग केंद्रों के कई महत्वपूर्ण गुण हैं। एक सामग्री के रूप में सिलिकॉन कार्बाइड में द्वितीय-क्रम गैर-रैखिकता के साथ-साथ ऑप्टिकल पारदर्शिता और कम दो-फोटॉन अवशोषण होता है। यह सिलिकॉन कार्बाइड को कई चीजों के लिए एक वैकल्पिक मंच के रूप में व्यवहार्य बनाता है, जिसमें नैनोफैब्रिकेशन, एकीकृत क्वांटम फोटोनिक्स और बड़े पैमाने पर वेफर्स में क्वांटम सिस्टम तक सीमित नहीं है। निर्माण सिलिकॉन कार्बाइड रंग केंद्रों को बनाने के लिए मुख्य रूप से तीन तरीके हैं। तीन विधियाँ हैं इलेक्ट्रॉनिक विकिरण, आयन इंजेक्शन और फेमटोसेकंड लेजर लेखन। इलेक्ट्रॉनिक विकिरण यह तकनीक सामग्री को एक इलेक्ट्रॉन किरण के संपर्क में लाकर काम करती है जो अत्यधिक आयनीकरण करती है। यह सामग्री में ही इलेक्ट्रॉनों को बंद कर देता है, जो रंग केंद्रों (या दोषों) को उत्पन्न करता है। हालाँकि, इस प्रक्रिया के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिसमें 9MeV आमतौर पर अधिकांश सामग्रियों में ऊर्जा की निचली सीमा होती है। आयन इंजेक्शन आयन इंजेक्शन का उपयोग आम तौर पर अर्धचालकों को डोप करने के लिए किया जाता है, लेकिन इसका उपयोग रंग केंद्र बनाने के लिए भी किया जा सकता है। एक आयन को पहले एक निश्चित ऊर्जा में त्वरित किया जाता है, आमतौर पर एम. ई. वी. सीमा में। इस आयन को फिर सामग्री में त्वरित किया जाता है, जो तब सामग्री में आयन को प्रत्यारोपित करता है, सामग्री संरचना को बदल देता है, जो एक रंग केंद्र बना सकता है। फेमटोसेकंड लेजर लेखन एक अरैखिक लेजर लेखन प्रक्रिया का उपयोग करते हुए, उपयुक्त विचलन सुधार के साथ, क्रिस्टल में किसी भी गहराई पर दोष उत्पन्न किए जा सकते हैं। यह प्रक्रिया स्पिन और ऑप्टिकल सुसंगतता गुणों को संरक्षित करती है। जिस तरह से यह काम करता है वह फेमटोसेकंड लेजर प्रक्रिया से मल्टीफोटन आयनीकरण से है। दोषों को बनाने की यह विधि न केवल सिलिकॉन कार्बाइड के लिए काम करती है, बल्कि अन्य सामग्रियों के लिए भी काम कर सकती है। दोषों के लिए अन्य प्रकार के निर्माण न्यूट्रॉन विकिरण, प्रोटॉन विकिरण और केंद्रित सी बीम हैं। वर्तमान में, उपयोग की जाने वाली ऊर्जा या प्रक्रिया की जटिलता को कम करने के लिए निर्माण के नए तरीकों का भी प्रयोग किया जा रहा है। नई विधियों में से एक नैनोसेकंड लेजर के साथ लेजर लेखन विधि का उपयोग करने की एक नई विधि है। दोषों के प्रकार सिलिकॉन कार्बाइड में कई प्रकार के दोष होते हैं, जिनमें से कुछ नीचे सूचीबद्ध हैंः वी. एस. आई. (-) (टीवी1-टीवी3) वी. एस. आई. वी. सी. (0) डी. वी. (0) के. आई. 5 सी. ए. वी. (कार्बन एंटी-साइट-वैकेंसी जोड़ी) सी. आई. सी. (डी. 1) एन. सी. वी. एस. आई. (-) संक्रमण धातु रंग केंद्रः टी. आई. (0) सी. आर. 3 + वी. (-), वी. (0) एम. ओ. (0) ई. आर. 3 + अध्ययन टीवी1 पर क्यूबिट के रूप में किए गए हैं, जो टीवी2 की तुलना में एक बेहतर स्पिन-फोटॉन इंटरफेस प्रदान करते हैं। हाल ही में हालांकि, एक क्यूबिट के रूप में वीएसआई (-) की भूमिका की पूरी तरह से पहचान की गई है। अनुप्रयोग फोटोनिक्स हाल ही में, सिलिकॉन कार्बाइड में इन रंग केंद्रों ने गैर-शास्त्रीय प्रकाश स्रोतों के लिए सबसे अच्छे एकल-फोटॉन उत्सर्जकों में से एक बनने का वादा किया है। परंपरागत रूप से, क्षीण लेजर एकल-फोटॉन स्रोतों का विकल्प रहे हैं। यह क्वांटम क्रिप्टोग्राफी के लिए काम करता है, लेकिन वे एक आंशिक विकल्प हैं, और अंत में यह एकल-फोटॉन स्रोतों का विकल्प नहीं था क्योंकि वे एकल फोटॉन का उत्पादन नहीं करते हैं। आम तौर पर, एकल फोटॉन उत्पन्न करने के दो मुख्य तरीके हैंः सहज पैरामीट्रिक डाउन-कन्वर्जन और एपिटैक्सियल क्वांटम डॉट्स। स्वतःस्फूर्त पैरामीट्रिक डाउन-कन्वर्जन में, एकल फोटॉन का उत्पादन 106 फोटॉन प्रति सेकंड की दर से किया जा सकता है। इस दृष्टिकोण की कमी यह है कि मांग पर एकल फोटॉन उत्पन्न करने का कोई तरीका नहीं है। इससे इस प्रकार की पीढ़ी का व्यावहारिक रूप से उपयोग करना कठिन हो जाता है। एपिटैक्सियल क्वांटम डॉट्स को विद्युत पम्पिंग के तहत रखे जाने पर असाधारण रूप से एकल फोटॉन उत्पन्न करने के लिए दिखाया जाता है। हालाँकि यह बहुत कम तापमान पर काम करता है, जिससे इन अनुप्रयोगों को व्यावहारिक रूप से प्रयोगों में करना भी कठिन हो जाता है। सिलिकॉन कार्बाइड, हीरे और अन्य संबंधित सामग्रियों में रंग केंद्र उच्च तापमान के कारण दो अन्य पारंपरिक दृष्टिकोणों की तुलना में अधिक व्यावहारिक होंगे जो वे ऑप्टिकल और विद्युत पंपिंग के तहत काम कर सकते हैं। सेमीकंडक्टर सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग वर्तमान में सेमीकंडक्टर उद्योग में पहले से ही किया जा रहा है, इस तथ्य के कारण कि यह पूरक धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर संगत सामग्री नामक सामग्री के एक परिवार से संबंधित है, साथ ही साथ उच्च गुणवत्ता वाले एकल क्रिस्टल वेफर्स के निर्माण में इसकी विश्वसनीयता है। चूंकि परिभाषा के अनुसार अर्धचालकों में पहले से ही बिंदु दोष होते हैं, इसलिए कुछ का उपयोग एकल-फोटॉन स्रोतों जैसे उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है। सिलिकॉन कार्बाइड रंग केंद्रों के क्वांटम गुण जब एकल दोष स्तर पर अध्ययन किया जाता है, तो एकल उत्सर्जकों को अलग किया जा सकता है। इसके परिणामस्वरूप, क्वांटम क्रिप्टोग्राफी प्रोटोकॉल में अनुप्रयोगों के लिए सिलिकॉन कार्बाइड रंग केंद्रों का उपयोग किया जा सकता है। इसका एक उदाहरण 2014 में हीरे में नाइट्रोजन-रिक्तता केंद्रों पर एक अध्ययन था, जो सिलिकॉन कार्बाइड में रंग केंद्रों के समान हैं, जिसने इस बात पर नए परिणाम प्रदर्शित किए कि कैसे हीरे में, नाइट्रोजन-रिक्तता रंग केंद्र थे, जो कि फ्लोरोसेंट अशुद्धियाँ भी हैं जिनके कई अनुप्रयोग हैं इलेक्ट्रॉन स्पिन अवस्था और एकल फोटॉन क्वांटम अवस्था के बीच क्वांटम उलझन तब होती है जब दो शर्तों को पूरा किया जाता हैः एकल फोटॉन की क्वांटम स्थिति सिलिकॉन कार्बाइड रंग केंद्रों की इलेक्ट्रॉन स्पिन स्थिति से सहसंबद्ध हो सकती है यह सहसंबंध रंग केंद्रों में पास के परमाणु स्पिन में संग्रहीत किया जा सकता है यह क्वांटम उलझन क्वांटम नेटवर्क के निर्माण की अनुमति देता है, जो क्वांटम संचार, क्वांटम मेमोरी और मेट्रोलॉजी की ओर ले जाता है। क्वांटम संवेदन जब रंग केंद्रों को पहली बार उत्तेजित अवस्था में लाया जाता है, तो उत्तेजित अवस्था से क्षय से एक फोटॉन उत्सर्जित किया जा सकता है। यह फोटॉन तब स्थिर और परिवर्तनीय चुंबकीय क्षेत्रों के अन्य स्रोतों के साथ परस्पर क्रिया कर सकता है। इसके परिणामस्वरूप, स्पिन संक्रमण आवृत्ति और सुसंगतता समय बदल जाता है, जिसके बाद इस प्रभाव का उपयोग क्वांटम संवेदन में किया जाता है। हीरे के रंग केंद्रों से तुलना अधिकांश रंग केंद्र अनुसंधान मूल रूप से सिलिकॉन कार्बाइड के बजाय हीरे का उपयोग करके किया गया था। तुलना के लिए, हीरे में नाइट्रोजन-रिक्तता में सिलिकॉन कार्बाइड में विचलन के समान क्वांटम गुण होते हैं। हीरे की रिक्ति में संभावित रूप से सिलिकॉन कार्बाइड की तुलना में बेहतर क्वांटम गुण होते हैं, लेकिन सिलिकॉन कार्बाइड और इसके रंग केंद्रों के प्रमुख लाभों में से एक है हीरे की तुलना में मापनीयता में वृद्धि और निर्माण में अधिक आसानी। इसके अतिरिक्त, सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादन में जटिलताओं से पीड़ित नहीं होता है जैसे कि विकिरण के दौरान चित्रांकन जो हीरे के रंग केंद्र के निर्माण के दौरान संभव है। संदर्भ विकिपीडिया छात्र कार्यक्रम क्रिस्टलोग्राफिक दोष