金刚石中的光学活性硅空位 (SiV) 色心由于其室温下结构稳定性好、光稳定性强、激发态寿命短、零声子线带宽窄和发光峰避开生物自体荧光的特点,在量子信息、纳米光子学、生物标记和传感领域具有十分广阔的应用前景,受到了国内外研究者的广泛关注和深入研究。然而硅可以大量掺入单晶或微晶金刚石中,但很难获得发射单光子的单个硅-空位(SiV)色心,已有研究仅在陨石中发现了含有单个SiV色心的纳米金刚石。本项目采用氧等离子体处理实现了晶粒尺寸和表面态的协同调控,人工制备出少于3个色心的超小尺寸(2-4 nm)纳米金刚石;揭示了金刚石氧终止表面态增强发光的机制,发展出氧化处理增强色心发光强度的普适性方法。
实现了超小尺寸的纳米金刚石:通过氧等离子体处理技术,成功制备出了晶粒尺寸在2-4纳米之间的纳米金刚石。这使得单个硅-空位(SiV)色心的激发和控制成为可能,为后续的量子信息和纳米光子学研究提供了理想的材料基础。
揭示氧终止表面态增强发光机制:研究人员在研究过程中发现,金刚石氧终止表面态对色心的发光强度有显著的增强作用。通过深入的机理研究,揭示了这种增强现象的机制,为进一步优化和控制色心发光性能提供了理论指导。
发展了通用性强的氧化处理方法:通过氧化处理,能够显著增强色心的发光强度。这种方法不仅在人工制备的纳米金刚石中得到了验证,而且对于其他含SiV色心的金刚石样品也具有普适性。这为大规模制备、应用于实际设备中提供了重要的技术途径。
拓展了SiV色心在量子信息和纳米光子学领域的应用:该项目的成果为SiV色心在量子信息和纳米光子学领域的应用提供了有力支持。超小尺寸的纳米金刚石和增强发光的技术手段使得 SiV色心在量子计算、量子通信和量子传感等领域的研究具备更大的潜力。
胡晓君|浙江工业大学,博士 教授 博士生导师长期担任本科生的重要专业基础课《材料科学基础》的主讲教师,担任《化学化工软件》和《计算机在材料科学中的应用》等课程的主讲教师,取得了良好的教学效果。2006年获得学院青年教师讲课比赛一等奖。 长期主讲研究生课程《金属学原理》,根据研究生学习的特点,在课堂教学中,开展讨论式教学,将学科前沿研究进展与教学内容相联系,将研究思路与教学内容相联系,将研究方法与教学内容相联系,在深化学生专业基础知识的同时,对其研究思路和研究方法进行引导,为研究生进入课题研究奠定基础。 指导学生开展课外科技活动,通过完成课外科技活动项目,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力;培养他们的书面和口头表达能力。指导本科生申报和完成了国家级大学生创新实验计划项目、校级大学生创新实验计划项目和校运河杯科技项目等。为研究生培养搭建了良好的项目平台和研究氛围。对研究生严格要求,精心指导,致力于全面提高研究生的专业素质和综合能力,为高科技产业输送人才。近年来培养的硕士生获得省级优秀毕业生、校级优秀毕业生、校级优秀硕士论文、校级运河杯课外科技竞赛二等奖等荣誉称号。
评价单位:“科创中国”新材料产业科技服务团(江西) (中国材料研究学会)
评价时间:2023-11-29
综合评价
该科技成果具有显著的技术亮点和创新基因,以及广阔的应用市场前景。首先,通过成功制备超小尺寸纳米金刚石和揭示金刚石氧终止表面态增强发光的机制,该科技成果在SiV色心的研究中取得了突破性进展。这为SiV色心在量子信息、纳米光子学、生物标记和传感等领域的应用提供了理论指导和技术支持。其次,发展的通用性强的氧化处理方法显著增强了色心的发光强度,并具有普适性,为大规模制备和应用奠定了基础。综合而言,该科技成果不仅具备在科学研究中的重要意义,更拥有广泛的商业价值。
在应用市场上,该科技成果具有广阔的前景和有力的推广优势。SiV色心作为理想的单光子源和高效光学器件材料,可应用于全光量子计算、量子通信、生物成像、智能传感器和光催化等多个领域。其结构稳定性、光稳定性和短寿命激发态等特点使其在实际应用中具备独特的竞争优势。同时,创新的氧化处理方法为该技术的推广奠定了技术基础,对于大规模制备和产业化应用具有重要意义。
综上所述,该科技成果在技术创新和应用市场上具备巨大潜力。其突破性的技术亮点和通用性强的氧化处理方法为SiV色心在量子信息、纳米光子学和生物标记领域的应用发展提供了新的可能性。同时,该科技成果在商业化和产业化方面具备广阔的前景和推广优势。因此,该科技成果值得进一步深入研究和推广应用。
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