Une méthode élégante pour la détection de spins uniques par photovoltage
Cela pourrait permettre de concevoir des capteurs quantiques beaucoup plus compacts
Les diamants présentant certains défauts optiquement actifs peuvent être utilisés comme capteurs très sensibles ou comme qubits pour les ordinateurs quantiques, l'information quantique étant stockée dans l'état de spin des électrons de ces centres colorés. L'information quantique est stockée dans l'état de spin des électrons de ces centres de couleur. Cependant, les états de spin doivent être lus optiquement, ce qui est souvent complexe sur le plan expérimental. Une équipe du HZB a mis au point une méthode élégante utilisant une tension photoélectrique pour détecter les états de spin individuels et locaux de ces défauts. Cette méthode pourrait permettre de concevoir des capteurs quantiques beaucoup plus compacts.
Les défauts dans les solides sont souvent indésirables, mais ils peuvent aussi offrir de merveilleuses nouvelles possibilités, par exemple dans les diamants : On peut y introduire des centres de vacance d'azote (centres NV) dont les états de spin peuvent être manipulés à l'aide de micro-ondes. L'information provenant d'un seul spin peut alors être lue à l'aide de la lumière. Les diamants dopés à l'azote conviennent donc non seulement comme capteurs très sensibles, mais aussi comme qubits pour les ordinateurs quantiques.
Jusqu'à présent : la détection optique
Pour déterminer l'état de chaque spin individuel, il faut toutefois mesurer les photons émis par le centre de couleur (porteur du spin). Étant donné que seuls des photons uniques sont émis lorsque les spins se retournent, ce signal est très faible, ce qui nécessite un dispositif expérimental complexe pour la détection.
Maintenant : photovoltage mesuré par KPFM
Une équipe du HZB vient de présenter une nouvelle méthode pour résoudre ce problème. L'idée était que ces 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 charge libres qui sont capturés par les états de surface et produisent ainsi une tension mesurable autour d'un centre NV.
Capter la dynamique du spin
Le photovoltage dépend de l'état du spin électronique du centre NV, ce qui nous permet de lire le spin individuel", explique Sergei Trofimov, qui a effectué les mesures dans le cadre de son projet de doctorat. De plus, avec cette nouvelle méthode, il est même possible de capturer la dynamique du spin en manipulant de manière cohérente les états de spin à l'aide d'une excitation par micro-ondes.
Perspectives : de minuscules dispositifs à base de diamant
Cela ouvrirait la voie au développement de dispositifs à base de diamant vraiment minuscules et compacts, puisqu'il suffit de contacts appropriés au lieu d'optiques microscopiques complexes et de détecteurs à photon unique", explique le professeur Klaus Lips, chef du département Spins in Energy Conversion and Quantum Information Science (Les spins dans la conversion énergétique et la science de l'information quantique). La nouvelle méthode de lecture pourrait également être utilisée dans d'autres systèmes de physique de l'état solide où la résonance du spin électronique des défauts de spin a été observée", estime M. Lips.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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