Ю. А. Успенская, А. С. Гурин, М. В. Учаев, А. П. Бундакова, М. В. Музафарова, Е. Н. Мохов, С. С. Нагалюк, В. А. Солтамов, П. Г. Баранов, Р. А. Бабунц, С. Я. Килин, “NV$^-$-центры в алмазе и карбиде кремния как основа мазеров, работающих при комнатной температуре”, Физика твердого тела, 2025, том 67, выпуск 9,страницы 1647

Полупроводники

NV$^-$-центры в алмазе и карбиде кремния как основа мазеров, работающих при комнатной температуре

Ю. А. Успенская^a, А. С. Гурин^a, М. В. Учаев^a, А. П. Бундакова^a, М. В. Музафарова^a, Е. Н. Мохов^a, С. С. Нагалюк^a, В. А. Солтамов^a, П. Г. Баранов^a, Р. А. Бабунц^a, С. Я. Килин^b

^a Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
^b Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Москва, Россия

Аннотация: Успешная реализация когерентного микроволнового усиления (мазерного эффекта) при комнатной температуре (300 K) на основе оптически выстроенных триплетных спиновых подуровней отрицательно заряженных азотно-вакансионных центров (NV$^-$) в алмазе ознаменовала новую веху в развитии твердотельных мазеров. В настоящей работе представлен сравнительный анализ спиново-оптических свойств NV$^-$-центров в алмазе и NV$^-$-центров в карбиде кремния (SiC) с пониженным содержанием магнитного изотопа $^{29}$Si ($I$ = 1/2), с точки зрения перспективности использования последнего для создания мазеров, работающих при комнатной температуре. Продемонстрировано сходство механизмов оптической накачки, формирующей инверсную населенность основного триплетного состояния в обеих системах. Вместе с тем времена поперечной спиновой релаксации $T_2^*\approx$ 1.5 $\mu$s для NV$^-$-центров в изотопно-модифицированном $^{28}$SiC существенно превышают соответствующие значения для алмаза ($T_2^*\approx$ 0.3 $\mu$s). При этом времена продольной релаксации остаются сопоставимыми с требованиями поддержания инверсной населенности: порядка 1.5 ms для NV$^-$ в алмазе и 100 $\mu$s для NV$^-$ в $^{28}$SiC. Сочетание возможности выращивания крупных монокристаллов SiC и высокой допустимой концентрации активных центров открывает перспективы для создания масштабируемой и технологически эффективной платформы для твердотельных мазеров, работающих при комнатной температуре.

Ключевые слова: мазер, электронный парамагнитный резонанс, алмаз, карбид кремния, азотно-вакансионный дефект.

Поступила в редакцию: 20.08.2025
Исправленный вариант: 20.08.2025
Принята в печать: 23.08.2025

DOI: 10.61011/FTT.2025.09.61616.233-25