Prof. Li Chuanfeng, Il Prof. Xu Jinshi e i loro colleghi del gruppo del Prof. Guo Guangcan presso l'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS), ha realizzato per la prima volta la lettura ad alto contrasto e la manipolazione coerente di un singolo spin elettronico del centro del colore di divario di carburo di silicio a temperatura ambiente. Stavano lavorando in collaborazione con il Prof. Adam Gali, dal Centro di Ricerca Wigner per la Fisica in Ungheria. Questo lavoro è stato pubblicato in Rassegna scientifica nazionale il 5 luglio, 2021.

I centri di colore spin a stato solido sono della massima importanza in molte applicazioni delle tecnologie quantistiche, principalmente il centro dell'azoto vacante (NV) nel diamante. Poiché nel 1997 è stata segnalata la rilevazione di singoli centri di difetto NV nel diamante a temperatura ambiente, i centri NV in diamante sono stati applicati a campi versatili, compreso il calcolo quantistico, reti quantistiche e rilevamento quantistico.

Recentemente, sfruttare le tecnologie più mature per l'elaborazione dei materiali e l'integrazione dei dispositivi, i ricercatori cercano centri di colore simili in altri materiali semiconduttori. Tra loro, i centri di colore spin in carburo di silicio, comprese le vacanze di silicio (manca un atomo di silicio) e le vacanze (manca un atomo di silicio e un atomo di carbonio adiacente), hanno suscitato ampio interesse grazie alle eccellenti proprietà ottiche e di spin.

Però, il tipico contrasto di lettura tramite manipolazione coerente a temperatura ambiente dei singoli centri di colore liberi di silicio è solo del 2%, e anche la velocità di conteggio dei fotoni è di appena 10 chilogrammi al secondo. Queste carenze limitano l'applicazione pratica della manipolazione coerente dei singoli centri di colore vacanti di silicio a temperatura ambiente.

I ricercatori dell'USTC hanno impiantato i centri di colore dei difetti in SiC con la loro tecnica di impianto ionico per produrre una matrice di centri di colore divacancy. Hanno ottenuto una manipolazione spin-coerente del centro di colore a singolo divario a temperatura ambiente con la risonanza magnetica rilevata otticamente (ODMR), allo stesso tempo, hanno scoperto che un tipo di centri di colore divacancy (chiamato PL6) aveva un contrasto di lettura dello spin del 30%, il cui tasso di emissione di un singolo fotone era fino a 150 chilogrammi al secondo.

Questi due parametri importanti sono un ordine di grandezza superiore al centro di colore della vacanza di silicio in SiC. Per la prima volta, i centri di colore spin del SiC hanno mostrato proprietà eccellenti paragonabili al centro di colore del diamante NV a temperatura ambiente. Specialmente, il tempo di coerenza dello spin dell'elettrone a temperatura ambiente è stato esteso a 23 microsecondi. Inoltre, il team di ricerca ha anche realizzato l'accoppiamento e il rilevamento di uno spin di un singolo elettrone e di uno spin nucleare vicino nei centri di colore SiC.

Questo lavoro getta le basi per la costruzione di storage quantistico a stato solido a temperatura ambiente e reti quantistiche scalabili a stato solido basate sul sistema SiC Spin Color Center. È essenziale che la prossima generazione di dispositivi quantistici ibridi integri difetti di spin con un elevato contrasto di lettura e un'elevata velocità di conteggio dei fotoni in dispositivi elettronici SiC ad alte prestazioni.