谭 心，张博晨，任 元，陈成斌，刘岳飞

(内蒙古科技大学机械工程学院，包头 014010)

0 引 言

室温下，金刚石在量子信息处理领域是一种很有研究前景的材料[1-2]。金刚石具有高折射率、高载流子迁移率和最宽透光波段等优异性质，使其掺杂的杂质态具有良好的光稳定性[3-4]、高德拜温度和室温下可操作等优点，非常适合于量子计算与量子通信等方面[5]。

近年来研究发现，Cr掺杂金刚石[6]、Ti掺杂金刚石[7]和Pr掺杂金刚石[8]可以改善金刚石的电子结构。例如，著名的NV-色心可作为室温下稳定的单光子源，并广泛应用于量子密钥分配和量子信息处理等方面[9]。然而NV-色心的光谱较宽、光致发光寿命长，会导致在发射单个光子时产生微弱的零声子线。稀土元素电子结构的5s和5p轨道可以屏蔽内部的f轨道，使其具有窄光学跃迁和长自旋相干时间的特点[10]。因此，稀土电子能级比其他元素丰富，适合应用在成像技术、照明以及量子计算等方面[11]。

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究了Er掺杂金刚石的电子结构和能级跃迁。从理论的角度分析了Er掺杂金刚石缺陷的稳定结构、电荷转移、电子结构以及N、B原子共掺杂对金刚石Er相关缺陷的影响，为Er金刚石色心的实际应用提供了丰富的理论依据。

1 计算方法与理论模型

1.1 计算方法

本文采用VASP软件包基于密度泛函理论的平面波赝势方法进行第一性原理计算。在搭建模型后进行几何优化，计算中在倒易空间内使用PBE形式的广义梯度近似(GGA)处理交换关联能[12]。……