碳化硅是一种广泛应用于微电子、航天航空、大功率器件等行业的宽禁带半导体材料。碳化硅具有成熟的单晶生长、微纳加工和掺杂等技术。近几年,碳化硅色心因具有近红外荧光辐射、长自旋相干时间以及易于集成等优点吸引了越来越多的关注,并得到快速发展。与金刚NV色心一样,碳化硅色心可以在量子计算、量子通信、量子精密测量等方面有重要的应用价值,并且基于碳化硅色心的量子器件在基于光纤传输的量子网络、活体生物结构探测、大规模集成、与现有半导体工艺兼容性等方面更具有优势。本人研究生期间主要进行碳化硅色心的制备、相干操控以及应用的实验研究。本文所取得的主要研究成果如下:1.室温高亮单光子源的制备,及其在量子信息方面的应用。我们实验上实现了基于4H-碳化硅中碳硅反空位(CSiVC)色心的可见光波长的室温单光子源、基于3C-碳化硅的近C-波段通信波长的高温稳定的单光子源和基于氮化镓的覆盖可见光和近红外波长的室温单光子源。并将上述室温单光子源应用于基础物理研究,我们实验上利用单光子源和线性光学器件构造开放系统,并实现了其哈密顿量满足反PT-对称的非幺正的洛伦兹变换,实现了超流系统中玻色子-波戈留波夫准粒子的动力学演化的实验模拟。2.碳化硅中单个硅空位色心的可控制备及其缺陷系综的相干操控。我们实验上通过电子束曝光、离子注入以及真空退火等技术,实现了单个硅空位色心的可控制备,硅空位色心的产率高达80%,是目前固态系统中己报道的最高记录。并研究了单色心在室温环境下的光学性质;进一步制备高浓度硅空位色心系综的碳化硅样品,并实现高灵敏度的磁场量子精密测量。3.碳化硅中硅空位色心纳米级精度的深度控制。我们实验上通过反应离子刻蚀实现了对碳化硅表面纳米级精度的选择性刻蚀,并证明该过程对近表面硅空位色心的影响很小;利用反应离子刻蚀和共聚焦显微成像实现了对不同能量和种类的离子注入所产生的硅空位色心深度分布的重构;研究了深度对浅层硅空位色心的自旋和光学性质的影响,为其在体外自旋探测和磁共振成像方面的实际应用打下基础。4.碳化硅中单个双空位色心的可控制备以及室温下的自旋相干操控。我们实验上可控制备了基于4H-碳化硅的单个双空位色心阵列,并首次实现了单个双空位色心的电子自旋在室温环境下的相干操控,其ODMR对比度以及单色心荧光强度均为目前室温下碳化硅中单个自旋缺陷的最高纪录,可以与金刚石NV色心相媲美,这也是继金刚石NV色心之后发现的第二个在室温下同时具有高自旋读出对比度和高单光子亮度的固态色心;还实现了单色心电子自旋与近邻29Si核自旋的耦合,这将有助于制备光-电子自旋-核自旋的复合纠缠态,促进碳化硅色心体系在量子信息的应用方面的发展。