le professeur Li Chuanfeng, le professeur Xu Jinshi et leurs collègues du groupe du professeur Guo Guangcan à l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), a réalisé pour la première fois la lecture à contraste élevé et la manipulation cohérente d'un seul spin électronique de centre de couleur de divacance de carbure de silicium à température ambiante. Ils travaillaient en coopération avec le professeur Adam Gali, du Centre de recherche Wigner pour la physique en Hongrie. Ce travail a été publié dans Revue scientifique nationale le 5 juillet, 2021.

Les centres de couleur de spin à l'état solide sont de la plus haute importance dans de nombreuses applications des technologies quantiques, principalement le centre de vacance d'azote (NV) dans le diamant. Depuis que la détection de centres de défauts NV individuels dans le diamant à température ambiante a été signalée en 1997, les centres NV en diamant ont été appliqués à des domaines polyvalents, dont l'informatique quantique, réseaux quantiques et détection quantique.

Récemment, tirer parti de technologies de traitement des matériaux et d'intégration de dispositifs plus matures, les chercheurs recherchent des centres de couleur similaires dans d'autres matériaux semi-conducteurs. Parmi eux, les centres de couleur de spin en carbure de silicium, y compris les lacunes de silicium (manquant un atome de silicium) et les lacunes (manquant un atome de silicium et un atome de carbone adjacent), ont suscité un large intérêt en raison d'excellentes propriétés optiques et de spin.

Cependant, le contraste de lecture typique via une manipulation cohérente à température ambiante des centres de couleur d'un seul vide de silicium n'est que de 2 %, et le taux de comptage de photons est également aussi bas que 10 kilos par seconde. Ces pénuries restreignent l'application pratique de la manipulation cohérente des centres de couleur d'une seule lacune de silicium à température ambiante.

Des chercheurs de l'USTC ont implanté des centres de couleur des défauts dans le SiC avec leur technique d'implantation ionique pour fabriquer un réseau de centres de couleur à divacance. Ils ont réalisé une manipulation cohérente de spin du centre de couleur à divacance unique à température ambiante avec la résonance magnétique détectée optiquement (ODMR), à la fois, ils ont découvert qu'un type de centres de couleur de divacance (appelé PL6) avait un contraste de lecture de 30 %, dont le taux d'émission d'un photon atteignait jusqu'à 150 kilos par seconde.

Ces deux paramètres importants sont d'un ordre de grandeur supérieur au centre de couleur des lacunes du silicium dans le SiC. Pour la première fois, les centres de couleur de spin du SiC ont montré d'excellentes propriétés comparables au centre de couleur NV du diamant à température ambiante. Surtout, le temps de cohérence du spin électronique à température ambiante a été étendu à 23 microsecondes. De plus, l'équipe de recherche a également réalisé le couplage et la détection d'un spin électronique unique et d'un spin nucléaire voisin dans les centres de couleur SiC.

Ce travail jette les bases de la construction d'un stockage quantique à l'état solide à température ambiante et de réseaux quantiques évolutifs à l'état solide basés sur le système de centre de couleur de spin SiC. Il est essentiel pour la prochaine génération de dispositifs quantiques hybrides d'intégrer les défauts de spin avec un contraste de lecture élevé et un taux de comptage de photons élevé dans des dispositifs à électrons SiC hautes performances.