Les diamants avec certains défauts optiquement actifs peuvent être utilisés comme capteurs ou qubits très sensibles pour les ordinateurs quantiques, où les informations quantiques sont stockées dans l'état de spin électronique de ces centres de couleur. Cependant, les états de spin doivent être lus optiquement, ce qui est souvent complexe expérimentalement. Maintenant, une équipe de HZB a développé une méthode élégante en utilisant une tension photo pour détecter les états de spin individuels et locaux de ces défauts. Cela pourrait conduire à une conception beaucoup plus compacte des capteurs quantiques.
Les défauts des solides sont souvent indésirables, mais ils peuvent également offrir de nouvelles opportunités merveilleuses, par exemple dans les diamants: ici, les centres vacants en azote (centres NV) peuvent être introduits dont les états de spin peuvent être manipulés avec des micro-ondes. Les informations d'un seul spin peuvent ensuite être lues à l'aide de la lumière. Cela rend les diamants dopés à NV adaptés non seulement à des capteurs très sensibles, mais aussi à des qubits pour les ordinateurs quantiques.
Cependant, pour déterminer l'état de chaque rotation individuelle, les photons émis par le centre de couleur (transportant le spin) doivent être mesurés. Étant donné que seuls les photons uniques sont émis lorsque les tours retournent, ce signal est très faible, conduisant à une configuration expérimentale complexe pour la détection.
Publié dans Communications de la natureune équipe de HZB a maintenant présenté une nouvelle méthode pour résoudre ce problème. « L'idée était que de tels centres de défauts possèdent non seulement un état de spin, mais aussi une charge électrique », explique le Dr Boris Naydenov.
Pour sonder ces charges, ils ont modifié une variante de la microscopie à force atomique connue sous le nom de microscopie à force de sonde Kelvin (KPFM): Dans ce processus, un laser excite les centres NV, générant des porteurs de charges libres qui sont capturés par des états de surface et produisent ainsi une tension mesurable autour d'un centre NV.
« La photo-tension dépend de l'état de spin électronique du centre NV, et nous pouvons donc réellement lire le spin individuel », explique Sergei Trofimov, qui a effectué les mesures dans le cadre de son doctorat. projet. De plus, avec la nouvelle méthode, il est même possible de capturer la dynamique de spin en manipulant de manière cohérente les états de spin en utilisant l'excitation micro-ondes.
« Cela ouvrirait la voie au développement d'appareils à base de diamant vraiment minuscules et compacts, car tout ce qui est nécessaire est des contacts appropriés au lieu d'une optique microscopique complexe et de détecteurs à photons uniques », explique le professeur Klaus Lips, chef des spins dans la conversion d'énergie et le département des sciences de l'information quantique.
« La méthode de lecture nouvellement développée pourrait également être utilisée dans d'autres systèmes de physique à l'état solide où une résonance de spin électronique des défauts de spin a été observée », explique Lips.
