Prof. Li Chuanfeng, El profesor Xu Jinshi y sus colegas del grupo del profesor Guo Guangcan en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia de Ciencias de China (CAS), se dio cuenta de la lectura de alto contraste y la manipulación coherente de un solo espín de electrones de centro de color de divacancia de carburo de silicio a temperatura ambiente por primera vez. Trabajaban en cooperación con el profesor Adam Gali, del Centro de Investigación de Física Wigner en Hungría. Este trabajo fue publicado en Revista Nacional de Ciencias el 5 de julio 2021.

Los centros de color de espín de estado sólido son de suma importancia en muchas aplicaciones de las tecnologías cuánticas, principalmente el centro de vacantes de nitrógeno (NV) en Diamond. Dado que en 1997 se informó de la detección de centros de defectos de NV individuales en diamantes a temperatura ambiente, los centros NV en diamante se han aplicado a campos versátiles, incluida la computación cuántica, redes cuánticas y detección cuántica.

Recientemente, para aprovechar las tecnologías de integración de dispositivos y procesamiento de materiales más maduras, los investigadores buscan centros de color similares en otros materiales semiconductores. Entre ellos, los centros de color de giro en carburo de silicio, incluyendo vacantes de silicio (falta un átomo de silicio) y divacancias (falta un átomo de silicio y un átomo de carbono adyacente), han atraído un gran interés debido a sus excelentes propiedades ópticas y de giro.

Sin embargo, el contraste de lectura típico a través de la manipulación coherente a temperatura ambiente de los centros de color de vacantes de silicio individuales es solo del 2%, y la tasa de conteo de fotones también es tan baja como 10 kilogramos por segundo. Esta escasez restringe la aplicación práctica de la manipulación coherente de los centros de color de vacantes individuales de silicio a temperatura ambiente.

Investigadores de la USTC implantaron centros de color de defectos en SiC con su técnica de implantación de iones para fabricar una matriz de centro de color divacante. Lograron una manipulación coherente con el espín del centro de color de divacancia única a temperatura ambiente con la resonancia magnética detectada ópticamente (ODMR), al mismo tiempo, encontraron que un tipo de centros de color de divacencia (llamado PL6) tenía un contraste de lectura de giro del 30%, cuya tasa de emisión de un solo fotón fue de hasta 150 kilo cuentas por segundo.

Estos dos parámetros importantes son un orden de magnitud más alto que el centro de color de vacancia de silicio en SiC. Por primera vez, los centros de color de giro del SiC mostraron excelentes propiedades comparables al centro de color NV del diamante a temperatura ambiente. Especialmente, el tiempo de coherencia del espín del electrón a temperatura ambiente se amplió a 23 microsegundos. Es más, el equipo de investigación también se dio cuenta del acoplamiento y la detección de un espín de un solo electrón y un espín nuclear cercano en los centros de color de SiC.

Este trabajo sienta las bases para la construcción de almacenamiento cuántico de estado sólido a temperatura ambiente y redes cuánticas de estado sólido escalables que se basan en el sistema de centro de color de espín SiC. Es esencial para la próxima generación de dispositivos cuánticos híbridos integrar defectos de espín con un alto contraste de lectura y una alta tasa de conteo de fotones en dispositivos de electrones SiC de alto rendimiento.