在量子發(fā)射體的基本屬性研究領(lǐng)域，低溫陰極發(fā)光顯微鏡技術(shù)的顯著進(jìn)步已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。在眾多量子發(fā)射體中，鉆石中的硅空位（SiV）色心由于其卓越的亮度、窄的發(fā)射線和最小的環(huán)境相互作用而受到重視。它們不僅可以作為光源，還可以作為精密的傳感器，對(duì)壓力、溫度、電場(chǎng)和磁場(chǎng)，甚至生物化學(xué)過(guò)程做出反應(yīng)。

然而，阻礙SiV色心實(shí)際部署的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是發(fā)射異質(zhì)性，這可能顯著影響其光學(xué)屬性。SiV色心的發(fā)射異質(zhì)性指的是不同SiV色心之間發(fā)射屬性（如亮度和光譜線）的變化。人們認(rèn)為這種異質(zhì)性源于多種因素，包括表面缺陷、晶格應(yīng)力、缺陷對(duì)稱性以及其他晶格雜質(zhì)的存在。為了充分利用SiV色心的潛力，至關(guān)重要的是要揭示這種發(fā)射異質(zhì)性的來(lái)源。

最近發(fā)表的一篇論文，采用了一種強(qiáng)大的技術(shù)——低溫陰極發(fā)光顯微鏡，來(lái)研究SiV發(fā)射的結(jié)構(gòu)異質(zhì)性來(lái)源。這種方法結(jié)合了低溫電子顯微鏡的高分辨率成像能力和陰極發(fā)光的光譜能力：低溫電子顯微鏡通過(guò)在極低溫度下用電子轟擊樣品，最大限度地減少扭曲，從而實(shí)現(xiàn)原子水平結(jié)構(gòu)的可視化；另一方面，陰極發(fā)光利用電子束激發(fā)樣品中的電子，促使它們發(fā)出具有特征波長(zhǎng)的光，從而揭示材料的組成和性質(zhì)。

通過(guò)將低溫電鏡與陰極發(fā)光探測(cè)器耦合，研究人員不僅可以觀察到SiV中心的原子結(jié)構(gòu)，還可以同時(shí)測(cè)量其發(fā)出的光。這使得在色心的結(jié)構(gòu)特性和色心的光學(xué)發(fā)射特性之間可以直接關(guān)聯(lián)。

研究小組將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于納米鉆石，特別關(guān)注直接在低溫電子顯微鏡膜上生長(zhǎng)的SiV中心。這種方法模擬了色心的自然形成條件，為其在實(shí)際應(yīng)用中的行為提供了有價(jià)值的見解。通過(guò)利用4D掃描透射電子顯微鏡，一種提供額外成分信息的冷凍電鏡的變體，研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)亞納米分辨率，為SiV中心的復(fù)雜世界提供前所未有的視角。

這些研究的一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是拉伸應(yīng)力與零聲子線（ZPL）能量藍(lán)移的相關(guān)性，而壓縮應(yīng)力則導(dǎo)致ZPL紅移。也就是說(shuō)拉伸應(yīng)變?cè)酱螅琒iV中心發(fā)射能量越高(波長(zhǎng)越短)。此外，還觀察到不同晶粒中SiV發(fā)射體密度的變化以及晶界對(duì)SiV發(fā)射的影響。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解導(dǎo)致發(fā)射異質(zhì)性的結(jié)構(gòu)因素至關(guān)重要。

此外，4D掃描透射電子顯微鏡的使用使得能夠在單個(gè)納米鉆石內(nèi)可視化單個(gè)亞晶粒，揭示了ZPL能量和亮度的差異，這些差異在能量上可以變化0.1 meV，在亮度上可以超過(guò)70%。這樣詳細(xì)的分析對(duì)于識(shí)別導(dǎo)致發(fā)射異質(zhì)性的確切結(jié)構(gòu)不規(guī)則性至關(guān)重要。

這些發(fā)現(xiàn)的影響是深遠(yuǎn)的。通過(guò)確定影響SiV發(fā)射的原子級(jí)結(jié)構(gòu)，研究人員可以制定策略來(lái)控制和減少異質(zhì)性，從而提高基于SiV色心的可靠性和可擴(kuò)展性。這反過(guò)來(lái)可能加速量子材料和設(shè)備的發(fā)展，為量子信息科學(xué)的突破鋪平道路。(www.ws46.com)

總之，通過(guò)低溫陰極發(fā)光顯微鏡技術(shù)揭示SiV色心發(fā)射異質(zhì)性來(lái)源，在量子材料領(lǐng)域標(biāo)志著重要的進(jìn)步。它不僅增強(qiáng)了我們對(duì)原子結(jié)構(gòu)與量子發(fā)射復(fù)雜關(guān)系的理解，而且為發(fā)展先進(jìn)的量子技術(shù)開辟了新的途徑。