纳米“地震”控制碳化硅的自旋中心

来自柏林的Paul-Drude-Institut，德累斯顿的Helmholtz-Zentrum和圣彼得堡的Ioffe Institute的研究人员已经证明，利用弹性振动可以在室温下控制SiC中光学活性色心的自旋状态。它们显示了声诱导的自旋跃迁对自旋量化方向的非平凡依赖，这可能导致手性自旋声共振。这些发现对于在未来的量子电子设备中的应用很重要，并且最近发表在《物理评论快报》上。

固体中的色心是包含一个或多个捕获电子的旋光晶体缺陷。对于量子技术的应用，特别感兴趣的是光学可寻址的色心，即，其电子自旋态可以选择性地初始化和使用光读出的晶格缺陷。除了初始化和读出之外，还必须开发有效的方法来操纵其自旋状态，从而控制存储在其中的信息。尽管这通常是通过施加微波场来实现的，但另一种更有效的方法可能是使用机械振动。在用于实施基于应变的技术的不同材料中。

在《物理评论快报》（Physical Review Letters）中发表的最新着作中，Paul-Drude-InstitutfürFestk?rperelektronik，Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf和Ioffe Institute的研究证明了利用弹性振动来控制光学活性色心在光学系统中的自旋态。室温下碳化硅。在他们的研究中，作者使用SiC晶格的周期性调制来诱导硅空位中心的自旋能级之间的跃迁，硅空位中心是自旋S = 3/2的光学活性色心。对于未来的应用而言，特别重要的事实是，与大多数类似原子的光中心不同，在这种情况下，观察到应变引起的效应需要将系统冷却至非常低的温度，此处报道的效应是在室温下观察到的。

为了将晶格振动耦合到硅空位中心，作者首先通过用质子辐照SiC选择性地创建了这样的中心。然后，他们制造了一个声谐振器，用于激发SiC上的表面声波（SAW）。声表面波是局限于固体表面的弹性振动，类似于地震期间产生的地震波。当SAW的频率与色心的共振频率匹配时，陷在其中的电子可以利用SAW的能量在不同的自旋子能级之间跳跃。由于自旋-应变耦合的特殊性质，声表面波可以在自旋态之间引起跃迁，磁量子数差为Δm=±1和Δm=±2，而微波感应的跃变被限制为Δm=±1。这样可以实现对使用高频振动自旋态，无需外部微波场。

此外，由于SAW应变场的固有对称性以及半整数自旋系统的特殊性质，这种自旋跃迁的强度取决于SAW传播和自旋量化方向之间的角度，这可以通过控制外部磁场。此外，作者预测在行进的声表面波下的手性自旋声共振。这意味着，在某些实验条件下，可以通过反转磁场或SAW传播方向来打开或关闭自旋跃迁。

这些发现将碳化硅确立为芯片上自旋光机械量子控制的极有前途的混合平台，从而能够在室温下实现工程相互作用。

参考文献：DOI：10.1103 / PhysRevLett.125.107702