Les nanoearthquakes contrôlent les centres de spin en SiC – Technoguide

Des chercheurs du Paul-Drude-Institut de Berlin, du Helmholtz-Zentrum de Dresde et de l’Institut Ioffe de Saint-Pétersbourg ont démontré l’utilisation de vibrations élastiques pour manipuler les états de spin des centres de couleur optiquement actifs dans SiC à température ambiante. Ils montrent une dépendance non négligeable des transitions de spin induites acoustiquement sur la direction de quantification de spin, ce qui peut conduire à des résonances chirales de spin-acoustique. Ces résultats sont importants pour les applications dans les futurs dispositifs électroniques quantiques et ont récemment été publiés dans Physical Review Letters.

Les centres de couleur dans les solides sont des défauts cristallographiques optiquement actifs contenant un ou plusieurs électrons piégés. Les centres de couleurs optiquement adressables, c’est-à-dire les défauts de réseau dont les états de spin électroniques peuvent être sélectivement initialisés et lus à l’aide de la lumière, présentent un intérêt particulier pour les applications des technologies quantiques. Outre l’initialisation et la lecture, il est également nécessaire de développer des méthodes efficaces pour manipuler leurs états de spin, et donc les informations qui y sont stockées. Bien que cela soit généralement réalisé en appliquant des champs micro-ondes, une méthode alternative et plus efficace pourrait être l’utilisation de vibrations mécaniques. Parmi les différents matériaux pour la mise en œuvre de ces technologies basées sur les déformations, le SiC attire de plus en plus l’attention en tant que matériau robuste pour les systèmes nano-électromécaniques avec une sensibilité ultra-élevée aux vibrations qui héberge également des centres de couleurs optiquement actifs hautement cohérents.

Dans un travail récent publié dans Physical Review Letters, des recherches du Paul-Drude-Institut fuer Festkoerperelektronik, du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf et de l’Institut Ioffe ont démontré l’utilisation de vibrations élastiques pour manipuler les états de spin des centres de couleur optiquement actifs dans SiC à température ambiante. Dans leur étude, les auteurs utilisent la modulation périodique du réseau cristallin de SiC pour induire des transitions entre les niveaux de spin du centre de vide de silicium, un centre de couleur optiquement actif avec un spin S = 3/2. Une importance particulière pour les applications futures est le fait que, contrairement à la plupart des centres de lumière en forme d’atome, où l’observation des effets induits par la déformation nécessite de refroidir le système à des températures très basses, les effets rapportés ici ont été observés à température ambiante.

Pour coupler les vibrations du réseau aux centres de vide de silicium, les auteurs ont d’abord créé de manière sélective de tels centres en irradiant le SiC avec des protons. Ensuite, ils ont fabriqué un résonateur acoustique pour l’excitation des ondes acoustiques de surface stationnaires (SAW) sur le SiC. Les SAW sont des vibrations élastiques confinées à la surface d’un solide qui ressemblent à des ondes sismiques créées lors d’un tremblement de terre. Lorsque la fréquence de la SAW correspond aux fréquences de résonance des centres de couleur, les électrons piégés en eux peuvent utiliser l’énergie de la SAW pour sauter entre les différents sous-niveaux de spin. En raison de la nature particulière du couplage spin-déformation, le SAW peut induire des sauts entre les états de spin avec des différences de nombres quantiques magnétiques? M = ± 1 et? M = ± 2, tandis que ceux induits par micro-ondes sont limités à? M = ± 1 . Cela permet de réaliser un contrôle total des états de spin en utilisant des vibrations haute fréquence sans l’aide de champs micro-ondes externes.

De plus, en raison de la symétrie intrinsèque des champs de déformation SAW combinée aux propriétés particulières du système de spin demi-entier, l’intensité de ces transitions de spin dépend de l’angle entre les directions de propagation SAW et de quantification de spin, qui peut être contrôlée par un champ magnétique externe. De plus, les auteurs prédisent une résonance acoustique de spin chirale sous des SAW itinérantes. Cela signifie que, dans certaines conditions expérimentales, les transitions de spin peuvent être activées ou désactivées en inversant le champ magnétique ou la direction de propagation SAW.

Ces découvertes établissent le carbure de silicium comme une plate-forme hybride très prometteuse pour le contrôle quantique optomécanique de spin sur puce permettant des interactions techniques à température ambiante.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par Forschungsverbund Berlin. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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