Ricercatori del Paul-Drude-Institut di Berlino, l'Helmholtz-Zentrum di Dresda e l'Istituto Ioffe di San Pietroburgo hanno dimostrato l'uso di vibrazioni elastiche per manipolare gli stati di spin dei centri di colore otticamente attivi in ​​SiC a temperatura ambiente. Essi mostrano una dipendenza non banale delle transizioni di spin indotte acusticamente dalla direzione di quantizzazione di spin, che può portare a risonanze spin-acustiche chirali. Questi risultati sono importanti per le applicazioni nei futuri dispositivi elettronici quantistici e sono stati recentemente pubblicati in Lettere di revisione fisica .

I centri di colore nei solidi sono difetti cristallografici otticamente attivi contenenti uno o più elettroni intrappolati. Di particolare interesse per le applicazioni nelle tecnologie quantistiche sono i centri di colore indirizzabili otticamente, questo è, difetti reticolari i cui stati di spin elettronici possono essere selettivamente inizializzati e letti utilizzando la luce. Oltre all'inizializzazione e alla lettura, è anche necessario sviluppare metodi efficienti per manipolare i loro stati di spin, e quindi le informazioni in essi memorizzate. Mentre questo è tipicamente realizzato applicando campi a microonde, un metodo alternativo e più efficiente potrebbe essere l'uso delle vibrazioni meccaniche. Tra i diversi materiali per l'implementazione di tali tecnologie basate sulla deformazione, Il SiC sta attirando una crescente attenzione come materiale robusto per sistemi nanoelettromeccanici con un'altissima sensibilità alle vibrazioni che ospita anche centri di colore otticamente attivi altamente coerenti.

In un recente lavoro pubblicato su Lettere di revisione fisica , ricerche del Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik, l'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e l'Istituto Ioffe hanno dimostrato l'uso di vibrazioni elastiche per manipolare gli stati di spin dei centri di colore otticamente attivi in ​​SiC a temperatura ambiente. Nel loro studio, gli autori utilizzano la modulazione periodica del reticolo cristallino SiC per indurre transizioni tra i livelli di spin del centro di vacanza del silicio, un centro colore otticamente attivo con spin S=3/2. Di particolare importanza per le future applicazioni è il fatto che, in contrasto con la maggior parte dei centri di luce atomici, dove l'osservazione degli effetti indotti dalla deformazione richiede il raffreddamento del sistema a temperature molto basse, gli effetti qui riportati sono stati osservati a temperatura ambiente.

Per accoppiare le vibrazioni del reticolo ai centri di vacanza del silicio, gli autori hanno prima creato selettivamente tali centri irradiando il SiC con protoni. Quindi hanno fabbricato un risonatore acustico per l'eccitazione delle onde acustiche superficiali stazionarie (SAW) sul SiC. Le SAW sono vibrazioni elastiche confinate alla superficie di un solido che assomigliano alle onde sismiche create durante un terremoto. Quando la frequenza del SAW corrisponde alle frequenze di risonanza dei centri di colore, gli elettroni intrappolati in essi possono utilizzare l'energia della SAW per saltare tra i diversi sottolivelli di spin. A causa della natura speciale dell'accoppiamento spin-deformazione, il SAW può indurre salti tra stati di spin con differenze di numeri quantici magnetici Δm=±1 e Δm=±2, mentre quelli indotti da microonde sono limitati a Δm=±1. Questo permette di realizzare il pieno controllo degli stati di spin utilizzando vibrazioni ad alta frequenza senza l'ausilio di campi a microonde esterni.

Inoltre, a causa della simmetria intrinseca dei campi di deformazione SAW combinata con le proprietà peculiari del sistema di spin semiintero, l'intensità di tali transizioni di spin dipende dall'angolo tra la propagazione di SAW e le direzioni di quantizzazione di spin, che può essere controllato da un campo magnetico esterno. Inoltre, gli autori prevedono una risonanza chirale spin-acustica sotto SAW viaggianti. Ciò significa che, in determinate condizioni sperimentali, le transizioni di spin possono essere attivate o disattivate invertendo il campo magnetico o la direzione di propagazione SAW.

Questi risultati stabiliscono che il carburo di silicio è una piattaforma ibrida molto promettente per il controllo quantistico optomeccanico di spin su chip che consente interazioni ingegnerizzate a temperatura ambiente.