Des chercheurs du Paul-Drude-Institut de Berlin, le Helmholtz-Zentrum à Dresde et l'Institut Ioffe à 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 triviale des transitions de spin induites acoustiquement sur la direction de quantification du spin, ce qui peut conduire à des résonances spin-acoustiques chirales. Ces découvertes sont importantes pour les applications dans les futurs dispositifs électroniques quantiques et ont été récemment publiées dans Lettres d'examen physique .

Les centres de couleur dans les solides sont des défauts cristallographiques optiquement actifs contenant un ou plusieurs électrons piégés. Les centres de couleur optiquement adressables présentent un intérêt particulier pour les applications des technologies quantiques, C'est, défauts de réseau dont les états de spin électroniques peuvent être initialisés et lus sélectivement à l'aide de la lumière. En plus de l'initialisation et de 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 de 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 telles technologies basées sur les contraintes, 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 couleur optiquement actifs hautement cohérents.

Dans un ouvrage récent publié dans Lettres d'examen physique , recherches du Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik, le Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf et l'Institut Ioffe ont démontré l'utilisation de vibrations élastiques pour manipuler les états de spin des centres de couleur optiquement actifs dans le 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 lacunes du silicium, un centre de couleur optiquement actif de spin S=3/2. D'une importance particulière pour les applications futures est le fait que, contrairement à la plupart des centres lumineux de type atomique, 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 lacunes du silicium, les auteurs ont d'abord créé sélectivement 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 du SAW correspond aux fréquences de résonance des centres de couleur, les électrons qui y sont piégés peuvent utiliser l'énergie du 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 Δm=±1 et Δm=±2, tandis que ceux induits par les micro-ondes sont limités à Δm=±1. Cela permet de réaliser un contrôle total des états de spin en utilisant des vibrations à haute fréquence sans l'aide de champs micro-ondes externes.

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

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