[发明专利]纳米金刚石稀土空位色心性能的预测方法

说明书

本发明涉及一种纳米金刚石稀土空位色心性能的预测方法，依次包括如下步骤：构建模型、理论计算、分析结果和得出结论。本发明的纳米金刚石稀土空位色心性能的预测方法，计算快速、结果准确，不仅可以验证与解析实验结果，而且可以对实验室制备纳米金刚石稀土空位色心提供直接的理论指导；该方法不需要大量的实验材料和仪器，具有低成本、高效率、无污染的优点，节省了人力、物力和财力，能够辅助单光子源的研究，为量子信息领域研究提供基础。稀土元素具有作为光学材料独特的发光优点，本发明结合这些优点在纳米金刚石色心中的应用，并预测其在纳米金刚石色心中的优良性质。

技术领域

本发明属于微纳光电子器件与光子器件工程技术领域，具体涉及一种纳米金刚石稀土空位色心性能的预测方法。

背景技术

单光子源是量子信息技术(量子通讯、量子计算)的重要基础。近年来我国量子通讯技术发展十分迅速。首条商用量子通信干线(杭州-上海)已经开通运行。然而，我国关于单光子源制备方面的研究却相对较少。我国许多量子通讯技术和单光子源性能的研究组所使用的单光子源均来自国外。因此，为了我国量子信息技术的顺利发展，应该大力加强单光子源制备方面的研究。

金刚石是一种宽带隙、高硬度、高热导性质的绝缘体材料，具有良好的物理和化学方面的性质，被广泛应用在高能、高频、高温的环境下以及大功率电子器件等高新科技领域。一般情况下金刚石都是呈现灰色、黄色、黄绿色、粉色、褐色等不同的颜色，但是纯净的金刚石应是无色透明，由于自然界的金刚石在形成过程中存在着各种类型的缺陷和杂质，导致金刚石显示出的颜色并不是纯净的金刚石所呈现的无色透明状，人们把含有导致金刚石呈现不同颜色的点缺陷称为金刚石色心。一直以来对金刚石色心的研究都不曾间断，其意义不仅在宝石级别的钻石致色方面的应用，金刚石色心还是产生和控制光子量子状态的优良材料，金刚石色心在常温下就能够产生稳定的单光子源，使得金刚石色心在量子自旋电子学、光子学、生物医学标记以及各种自旋信息设备高灵敏度的磁传感器、量子计算设备等方面均有广泛的应用。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种纳米金刚石稀土空位色心性能的预测方法。

本发明的一种纳米金刚石稀土空位色心性能的预测方法，依次包括如下步骤：构建模型、理论计算、分析结果和得出结论。

本发明的纳米金刚石稀土空位色心性能的预测方法，计算快速、结果准确，不仅可以验证与解析实验结果，而且可以对实验室制备纳米金刚石稀土空位色心提供直接的理论指导；该方法不需要大量的实验材料和仪器，具有低成本、高效率、无污染的优点，节省了人力、物力和财力，能够辅助单光子源的研究，为量子信息领域研究提供基础。稀土元素具有作为光学材料独特的发光优点，本发明结合这些优点在纳米金刚石色心中的应用，并预测其在纳米金刚石色心中的优良性质。

另外，本发明上述的纳米金刚石稀土空位色心性能的预测方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述的纳米金刚石稀土空位色心性能的预测方法，包括如下步骤：构建模型：首先根据掺杂的稀土元素与金刚石中碳原子的键长差别，判断可能存在的结构构型；理论计算：然后计算出晶体结合能、各价态的缺陷形成能以及电子性质；分析结果：再通过电子性质分析稳定结构中各原子之间的成键情况，然后通过分析零点跃迁能判断能级分布特点，估算能级之间的能量差值，再通过能级之间的能量差值估算释放的光子能量和波长，并根据分析结果得出结论。

进一步地，所述稀土元素至少包括镧系元素中的一种或多种。

进一步地，所述稀土元素还可以是稀土元素与其他元素的复合掺杂结构。

进一步地，所述稀土元素是在纳米金刚石超胞的基础上进行的。

进一步地，所述纳米金刚石超胞包含128个碳原子的4x2x2超胞，驰豫完成后得到金刚石的晶格常数