Prof. Li Chuanfeng, Prof. Xu Jinshi e seus colegas do grupo do Prof. Guo Guangcan na Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), percebeu a leitura de alto contraste e a manipulação coerente de um único elétron do centro da cor da divacância do carboneto de silício pela primeira vez. Eles estavam trabalhando em cooperação com o Prof. Adam Gali, do Centro de Pesquisa Wigner para Física na Hungria. Este trabalho foi publicado em National Science Review em 5 de julho, 2021.

Os centros de cores de spin de estado sólido são de extrema importância em muitas aplicações de tecnologias quânticas, principalmente o centro de vacância de nitrogênio (NV) no diamante. Uma vez que a detecção de centros de defeitos NV individuais em diamante com temperatura ambiente foi relatada em 1997, os centros NV em diamante foram aplicados a campos versáteis, incluindo computação quântica, rede quântica e detecção quântica.

Recentemente, para aproveitar as vantagens de tecnologias mais maduras de processamento de materiais e integração de dispositivos, os pesquisadores procuram centros de cores semelhantes em outros materiais semicondutores. Entre eles, os centros de cor de spin em carboneto de silício, incluindo vacâncias de silício (faltando um átomo de silício) e divacâncias (faltando um átomo de silício e um átomo de carbono adjacente), têm atraído amplo interesse devido às excelentes propriedades ópticas e de rotação.

Contudo, o contraste de leitura típico através da manipulação coerente à temperatura ambiente dos centros de cor de vacância de silício único é de apenas 2%, e a taxa de contagem de fótons também é tão baixa quanto 10 quilos por segundo. Essas carências restringem a aplicação prática da manipulação coerente dos centros de cor de vacância de silício único à temperatura ambiente.

Pesquisadores do USTC implantaram centros de cores para defeitos em SiC com sua técnica de implantação de íons para fabricar uma matriz de centro de cores divaciável. Eles alcançaram a manipulação coerente de spin do centro de cor de divacância única em temperatura ambiente com a ressonância magnética opticamente detectada (ODMR), ao mesmo tempo, eles descobriram que um tipo de centro de cor divacancy (chamado PL6) tinha um contraste de leitura de rotação de 30%, cuja taxa de emissão de fóton único foi de até 150 quilos por segundo.

Esses dois parâmetros importantes são uma ordem de magnitude mais alta do que o centro de cor vazio de silício em SiC. Pela primeira vez, os centros de cor de spin de SiC mostraram excelentes propriedades comparáveis ​​ao centro de cor de diamante NV à temperatura ambiente. Especialmente, o tempo de coerência do spin do elétron à temperatura ambiente foi estendido para 23 microssegundos. Além disso, a equipe de pesquisa também realizou o acoplamento e detecção de um único spin de elétron e um spin nuclear próximo em centros de cor de SiC.

Este trabalho estabelece a base para a construção de armazenamento quântico de estado sólido em temperatura ambiente e redes quânticas de estado sólido escaláveis ​​que são baseadas no sistema de centro de cores de spin SiC. É essencial para a próxima geração de dispositivos quânticos híbridos integrar defeitos de spin com um alto contraste de leitura e uma alta taxa de contagem de fótons em dispositivos de elétrons de SiC de alto desempenho.