Investigadores del Paul-Drude-Institut de Berlín, el Helmholtz-Zentrum en Dresde y el Instituto Ioffe en San Petersburgo han demostrado el uso de vibraciones elásticas para manipular los estados de giro de los centros de color ópticamente activos en SiC a temperatura ambiente. Muestran una dependencia no trivial de las transiciones de espín inducidas acústicamente en la dirección de cuantificación del espín, lo que puede conducir a resonancias acústicas de espín quirales. Estos hallazgos son importantes para aplicaciones en futuros dispositivos electrónicos cuánticos y se han publicado recientemente en Cartas de revisión física .

Los centros de color en los sólidos son defectos cristalográficos ópticamente activos que contienen uno o más electrones atrapados. De especial interés para las aplicaciones en tecnologías cuánticas son los centros de color direccionables ópticamente, es decir, Defectos de celosía cuyos estados de espín electrónico se pueden inicializar y leer de forma selectiva con luz. Además de la inicialización y lectura, También es necesario desarrollar métodos eficientes para manipular sus estados de giro, y así la información almacenada en ellos. Si bien esto se realiza normalmente mediante la aplicación de campos de microondas, un método alternativo y más eficaz podría ser el uso de vibraciones mecánicas. Entre los diferentes materiales para la implementación de tales tecnologías basadas en cepas, El SiC está atrayendo una atención creciente como un material robusto para sistemas nanoelectromecánicos con una sensibilidad ultra alta a las vibraciones que también alberga centros de color ópticamente activos altamente coherentes.

En un trabajo reciente publicado en Cartas de revisión física , investigaciones del Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf y el Instituto Ioffe han demostrado el uso de vibraciones elásticas para manipular los estados de giro de los centros de color ópticamente activos en SiC a temperatura ambiente. En su estudio, los autores utilizan la modulación periódica de la red cristalina de SiC para inducir transiciones entre los niveles de espín del centro de vacantes de silicio, un centro de color ópticamente activo con spin S =3/2. De especial importancia para futuras aplicaciones es el hecho de que, en contraste con la mayoría de los centros de luz similares a átomos, donde la observación de los efectos inducidos por la deformación requiere enfriar el sistema a temperaturas muy bajas, los efectos reportados aquí se observaron a temperatura ambiente.

Para acoplar las vibraciones de la red a los centros de vacantes de silicio, los autores primero crearon selectivamente tales centros irradiando el SiC con protones. Luego fabricaron un resonador acústico para la excitación de ondas acústicas de superficie estacionaria (SAW) en el SiC. Las SAW son vibraciones elásticas confinadas a la superficie de un sólido que se asemejan a las ondas sísmicas creadas durante un terremoto. Cuando la frecuencia de la SAW coincide con las frecuencias de resonancia de los centros de color, los electrones atrapados en ellos pueden usar la energía del SAW para saltar entre los diferentes subniveles de espín. Debido a la naturaleza especial del acoplamiento espín-deformación, el SAW puede inducir saltos entre estados de espín con diferencias de números cuánticos magnéticos Δm =± 1 y Δm =± 2, mientras que los inducidos por microondas están restringidos a Δm =± 1. Esto permite realizar un control total de los estados de giro utilizando vibraciones de alta frecuencia sin la ayuda de campos de microondas externos.

Además, debido a la simetría intrínseca de los campos de deformación SAW combinada con las propiedades peculiares del sistema de espín de medio entero, la intensidad de tales transiciones de espín depende del ángulo entre las direcciones de propagación SAW y cuantificación de espín, que puede ser controlado por un campo magnético externo. Es más, los autores predicen una resonancia acústica de espín quiral bajo SAWs viajeras. Esto significa que, en determinadas condiciones experimentales, las transiciones de giro se pueden activar o desactivar invirtiendo el campo magnético o la dirección de propagación SAW.

Estos hallazgos establecen al carburo de silicio como una plataforma híbrida muy prometedora para el control cuántico optomecánico de espín en el chip que permite interacciones diseñadas a temperatura ambiente.