Erbium implanted silicon as a quantum technology platform has both telecommunications and integrated circuit processing compatibility. In Si implanted with Er to a concentration of 3 × 1017 cm−3 and O to a concentration of 1020 cm−3, the electron spin coherence time, T2, and the spin-lattice relaxation time, T1, were measured to be 7.5 μs and ∼1 ms, respectively, at 5 K. The spin echo decay profile displayed strong modulation, which was consistent with the super-hyperfine interaction between Er3+ and a spin bath of 29Si nuclei. The calculated spectral diffusion time was similar to the measured T2, which indicated that T2 was limited by spectral diffusion due to T1-induced flips of neighboring Er3+ spins. The origin of the echo is an Er center surrounded by six O atoms with monoclinic C1h site symmetry.

1.
M.
Zhong
,
M. P.
Hedges
,
R. L.
Ahlefeldt
,
J. G.
Bartholomew
,
S. E.
Beavan
,
S. M.
Wittig
,
J. J.
Longdell
, and
M. J.
Sellars
,
Nature
517
(
7533
),
177
180
(
2015
).
2.
T.
Böttger
,
C. W.
Thiel
,
R. L.
Cone
, and
Y.
Sun
,
Phys. Rev. B
79
(
11
),
115104
(
2009
).
3.
J.
Bartolomé
,
F.
Luis
, and
J. F.
Fernández
,
Molecular Magnets: Physics and Applications
(
Springer
,
2013
).
4.
S.
Ghosh
,
T.
Rosenbaum
,
G.
Aeppli
, and
S.
Coppersmith
,
Nature
425
(
6953
),
48
(
2003
).
5.
O.
Duarte
,
C.
Castro
,
D.
Soares-Pinto
, and
M.
Reis
,
Europhys. Lett.
103
(
4
),
40002
(
2013
).
6.
K.
Saeedi
,
S.
Simmons
,
J. Z.
Salvail
,
P.
Dluhy
,
H.
Riemann
,
N. V.
Abrosimov
,
P.
Becker
,
H.-J.
Pohl
,
J. J. L.
Morton
, and
M. L. W.
Thewalt
,
Science
342
(
6160
),
830
833
(
2013
).
7.
L.
Bergeron
,
C.
Chartrand
,
A.
Kurkjian
,
K.
Morse
,
H.
Riemann
,
N.
Abrosimov
,
P.
Becker
,
H.-J.
Pohl
,
M.
Thewalt
, and
S.
Simmons
,
PRX Quantum
1
(
2
),
020301
(
2020
).
8.
M. A.
Hughes
,
M. A.
Lourenço
,
J. D.
Carey
,
B.
Murdin
, and
K. P.
Homewood
,
Opt. Express
22
,
29292
29303
(
2014
).
9.
C. M.
Yin
,
M.
Rancic
,
G. G.
de Boo
,
N.
Stavrias
,
J. C.
McCallum
,
M. J.
Sellars
, and
S.
Rogge
,
Nature
497
(
7447
),
91
(
2013
).
10.
M.
Raha
,
S.
Chen
,
C. M.
Phenicie
,
S.
Ourari
,
A. M.
Dibos
, and
J. D.
Thompson
,
Nat. Commun.
11
(
1
),
1605
(
2020
).
11.
M.
Veldhorst
,
J. C. C.
Hwang
,
C. H.
Yang
,
A. W.
Leenstra
,
B.
de Ronde
,
J. P.
Dehollain
,
J. T.
Muhonen
,
F. E.
Hudson
,
K. M.
Itoh
,
A.
Morello
, and
A. S.
Dzurak
,
Nat. Nanotechnol.
9
(
12
),
981
985
(
2014
).
12.
A.
Polman
,
J. Appl. Phys.
82
(
1
),
1
39
(
1997
).
13.
A. J.
Kenyon
,
Semicond. Sci. Technol.
20
(
12
),
R65
(
2005
).
14.
J. D.
Carey
,
R. C.
Barklie
,
J. F.
Donegan
,
F.
Priolo
,
G.
Franzo
, and
S.
Coffa
,
Phys. Rev. B
59
(
4
),
2773
2782
(
1999
).
15.
H.
Przybylinska
,
W.
Jantsch
,
Y.
Suprun-Belevitch
,
M.
Stepikhova
,
L.
Palmetshofer
,
G.
Hendorfer
,
A.
Kozanecki
,
R. J.
Wilson
, and
B. J.
Sealy
,
Phys. Rev. B
54
(
4
),
2532
2547
(
1996
).
16.
J. D.
Carey
,
J. F.
Donegan
,
R. C.
Barklie
,
F.
Priolo
,
G.
Franzò
, and
S.
Coffa
,
Appl. Phys. Lett.
69
(
25
),
3854
3856
(
1996
).
17.
J. D.
Carey
,
R. C.
Barklie
,
J. F.
Donegan
,
F.
Priolo
,
G.
Franzò
, and
S.
Coffa
,
J. Lumin.
80
(
1-4
),
297
301
(
1998
).
18.
J. D.
Carey
,
J. Phys.: Condens. Matter
14
(
36
),
8537
(
2002
).
19.
N. Q.
Vinh
,
H.
Przybylińska
,
Z. F.
Krasil'nik
, and
T.
Gregorkiewicz
,
Phys. Rev. Lett.
90
(
6
),
066401
(
2003
).
20.
M. A.
Hughes
,
H.
Li
,
N.
Theodoropoulou
, and
J. D.
Carey
,
Sci. Rep.
9
(
1
),
19031
(
2019
).
21.
N. Q.
Vinh
,
H.
Przybylińska
,
Z. F.
Krasil'nik
, and
T.
Gregorkiewicz
,
Phys. Rev. B
70
(
11
),
115332
(
2004
).
22.
S.
Stoll
and
R. D.
Britt
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
11
(
31
),
6614
6625
(
2009
).
23.
L. G.
Rowan
,
E. L.
Hahn
, and
W. B.
Mims
,
Phys. Rev.
137
(
1A
),
A61
A71
(
1965
).
24.
S.
Bertaina
,
S.
Gambarelli
,
A.
Tkachuk
,
I. N.
Kurkin
,
B.
Malkin
,
A.
Stepanov
, and
B.
Barbara
,
Nat. Nanotechnol.
2
(
1
),
39
42
(
2007
).
25.
O.
Guillot-Noël
,
H.
Vezin
,
P.
Goldner
,
F.
Beaudoux
,
J.
Vincent
,
J.
Lejay
, and
I.
Lorgeré
,
Phys. Rev. B
76
(
18
),
180408
(
2007
).
26.
B.
Car
,
L.
Veissier
,
A.
Louchet-Chauvet
,
J.-L.
Le Gouët
, and
T.
Chanelière
,
Phys. Rev. Lett.
120
(
19
),
197401
(
2018
).
27.
F.
Priolo
,
G.
Franzò
,
S.
Coffa
,
A.
Polman
,
S.
Libertino
,
R.
Barklie
, and
D.
Carey
,
J. Appl. Phys.
78
(
6
),
3874
3882
(
1995
).
28.
A.
Terrasi
,
G.
Franzò
,
S.
Coffa
,
F.
Priolo
,
F.
D'Acapito
, and
S.
Mobilio
,
Appl. Phys. Lett.
70
(
13
),
1712
1714
(
1997
).
29.
S.
Probst
,
G.
Zhang
,
M.
Rancic
,
V.
Ranjan
,
M. L.
Dantec
,
Z.
Zhong
,
B.
Albanese
,
A.
Doll
,
R.
Liu
, and
J.
Morton
, arXiv:2001.04854 (
2020
).
30.
W. B.
Mims
,
Phys. Rev.
168
(
2
),
370
389
(
1968
).
31.
R. A.
Witte
,
Electronic Test Instruments
(
Prentice Hall
,
2002
), p.
201
.
32.
S.
Welinski
,
P. J.
Woodburn
,
N.
Lauk
,
R. L.
Cone
,
C.
Simon
,
P.
Goldner
, and
C. W.
Thiel
,
Phys. Rev. Lett.
122
(
24
),
247401
(
2019
).
33.
A. M.
Tyryshkin
,
S.
Tojo
,
J. J. L.
Morton
,
H.
Riemann
,
N. V.
Abrosimov
,
P.
Becker
,
H.-J.
Pohl
,
T.
Schenkel
,
M. L. W.
Thewalt
,
K. M.
Itoh
, and
S. A.
Lyon
,
Nat. Mater.
11
(
2
),
143
147
(
2012
).
34.
C. W.
Thiel
,
N.
Sinclair
,
W.
Tittel
, and
R. L.
Cone
,
Phys. Rev. B
90
(
21
),
214301
(
2014
).
35.
R.
Rakhmatullin
,
I.
Kurkin
,
G.
Mamin
,
S.
Orlinskii
,
M.
Gafurov
,
E.
Baibekov
,
B.
Malkin
,
S.
Gambarelli
,
S.
Bertaina
, and
B.
Barbara
,
Phys. Rev. B
79
(
17
),
172408
(
2009
).
36.
M.
Hughes
(
2021
). “
Hughes spin echo from erbium implanted silicon
,” Mendeley Data, V1, Dataset

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.