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　　申请号：201380064699.1
　　申请人：六号元素技术有限公司 哈佛学院院长及董事
　　发明人：M·马卡姆 A·斯泰西 N·德利昂 Y·褚 B·J·希尔兹 B·J·M·豪斯曼 P·马莱廷斯基 R·E·埃文斯 A·雅各拜 H·朴 M·隆卡尔 M·D·卢金 　　摘要：合成金刚石材料，其包含一个或多个自旋缺陷，该一个或多个自旋缺陷具有不大于100MHz的半峰全宽固有非均匀的零声子谱线宽度。用于获得这样的材料的方法包括多阶段退火过程。

　　主权利要求：1.合成金刚石材料，其包含一个或多个自旋缺陷，该一个或多个自旋缺陷具有不大于100MHz的半峰全宽固有非均匀的零声子谱线宽度。
　　2.根据权利要求1的合成金刚石材料，其中该半峰全宽固有非均匀的零声子谱线宽度不大于80MHz、60MHz、50MHz或40MHz。
　　3.根据权利要求1或2的合成金刚石材料，其中在至少10、20、30、50、75、100、500或1000秒内将该半峰全宽固有非均匀的零声 子谱线宽度平均。
　　4.根据权利要求1至3中任一项的合成金刚石材料，其中在至少10、20、30、50、75、100、500或1000次光谱扫描内将该半峰全宽 固有非均匀的零声子谱线宽度平均。
　　5.根据任一项在前权利要求的合成金刚石材料，其中该一个或多个自旋缺陷位于离该合成金刚石材料的表面不大于1μm、500nm、200 nm、100nm、50nm、30nm、10nm或5nm。
　　6.根据任一项在前权利要求的合成金刚石材料，其中该合成金刚石材料包含自旋缺陷层，所述层包含至少105个自旋缺陷/cm2并且具有不大于1μm的厚度，其中所述层中的自旋缺陷具有不大于100MHz、80MHz、60MHz、50MHz或40MHz的半峰全宽固有非均匀的零声子谱线宽度。
　　7.根据权利要求6的合成金刚石材料，其中所述层的厚度不大于500nm、200nm、100nm、50nm、30nm、10nm或5nm。
　　8.根据权利要求5至7中任一项的合成金刚石材料，其中所述层包含105个自旋缺陷/cm2至1011个自旋缺陷/cm2。
　　9.根据任一项在前权利要求的合成金刚石材料，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的总光谱谱线宽度。
　　10.根据任一项在前权利要求的合成金刚石材料，其中该一个或多个自旋缺陷具有在室温下至少100μs、300μs、500μs、1ms、2ms、 5ms、10ms、50ms或100ms的消相干时间T2。
　　11.根据任一项在前权利要求的合成金刚石材料，其中该合成金刚石材料为CVD合成金刚石材料。
　　12.根据任一项在前权利要求的合成金刚石材料，其中该一个或多个自旋缺陷为NV-自旋缺陷。
　　13.根据任一项在前权利要求的合成金刚石材料，其中该合成金刚石材料包含不大于100ppb、80ppb、60ppb、40ppb、20ppb、 10ppb、5ppb或1ppb的单取代氮浓度。
　　14.根据任一项在前权利要求的合成金刚石材料，还包含在合成金刚石材料中制作的一个或多个光子结构。
　　15.根据权利要求14的合成金刚石材料，其中该一个或多个自旋缺陷位于离该一个或多个光子结构不大于1μm、500nm、200nm、100 nm、50nm、30nm、10nm或5nm或位于该一个或多个光子结构内。
　　16.由合成金刚石材料制作的光子器件结构，所述光子器件结构包含由包括一个或多个光子结构的根据权利要求1至15中任一项的合 成金刚石材料制作的光子器件层，该光子结构或每个光子结构包含设置在其中的至少一个自旋缺陷，其中所述至少一个自旋缺陷具有不大 于3.5GHz的半峰全宽固有非均匀的零声子谱线宽度和不大于100MHz 的单次扫描谱线宽度。
　　17.根据权利要求16的光子器件结构，其中所述至少一个自旋缺陷具有不大于3.0GHz或2.6GHz的半峰全宽固有非均匀的零声子谱 线宽度。
　　18.制作根据权利要求1至15中任一项的合成金刚石材料或根据权利要求16或17的光子器件结构的方法，该方法包括：选择包含不大于100ppb、80ppb、60ppb、40ppb、20ppb、10ppb、5ppb或1ppb的单取代氮浓度的合成金刚石材料；和使用多阶段退火过程将该合成金刚石材料退火：在350至450℃范围内的温度下持续至少2小时的第一退火步骤；在750至900℃范围内的温度下持续至少2小时的第二退火步骤； 和在1150℃至1550℃范围内的温度下持续至少2小时的第三退火步骤。
　　19.根据权利要求18的方法，其中进行第一退火步骤持续至少4小时、6小时或8小时。
　　20.根据权利要求18或19的方法，其中进行第二退火步骤持续至少4小时、6小时或8小时的时间段。
　　21.根据权利要求18至20中任一项的方法，其中进行第三退火步骤持续至少4小时、6小时或8小时的时间段。
　　22.根据权利要求18至21中任一项的方法，其中在至少1200℃、1300℃或1350℃的温度和/或1500℃、1450℃或1400℃的温度下进行 第三退火步骤。
　　23.根据权利要求18至22中任一项的方法，还包括在多阶段退火过程之前将氮层注入该合成金刚石材料中。
　　24.根据权利要求18至23中任一项的方法，还包括在多阶段退火过程之前辐照该合成金刚石材料以形成空位缺陷。
　　25.基于金刚石的量子体系，包含：根据权利要求1至15中任一项的合成金刚石材料或根据权利要求16或17的光子器件结构；配置成光学激发合成金刚石材料或光子器件结构中的一个或多个自旋缺陷的激发装置；和配置成探测来自该一个或多个自旋缺陷的光子发射的探测器装置。
　　26.根据权利要求25的基于金刚石的量子体系，其中将该激发装置配置成单独处理至少两个自旋缺陷，其中该基于金刚石的量子体系还包含配置成将光子发射与该至少两个自旋缺陷重叠的光子干涉装置，并且其中将该探测器装置配置成探测在通过光子干涉装置之后来自该至少两个自旋缺陷的光子发射，其中将该探测器装置配置成分辨光子探测时间中足够小的差异，使得来自至少两个合成固态发射体的光子发射为量子力学上不可区分的，导致来自不同自旋缺陷的不可区分的光子发射之间的量子纠缠。