Comment les diamants défectueux « mènent » à des réseaux quantiques sans défaut

Comment les diamants défectueux « mènent » à des réseaux quantiques sans défaut
Comment les diamants défectueux « mènent » à des réseaux quantiques sans défaut

Crédit : Tokyo Tech

La couleur d’un diamant provient d’un défaut, ou « vacance », où il manque un atome de carbone dans le réseau cristallin. Les postes vacants intéressent depuis longtemps les chercheurs en électronique, car ils peuvent être utilisés comme des « nœuds quantiques » ou des points constituant un réseau quantique pour le transfert de données. L’une des façons d’introduire un défaut dans un diamant est de l’implanter avec d’autres éléments, comme l’azote, le silicium ou l’étain. Dans une étude récente publiée dans ACS Photonique, des scientifiques japonais démontrent que les centres de vacance de plomb dans le diamant ont les bonnes propriétés pour fonctionner comme des nœuds quantiques. « L’utilisation d’un atome lourd du groupe IV comme le plomb est une stratégie simple pour obtenir des propriétés de spin supérieures à des températures élevées, mais les études précédentes n’ont pas permis de déterminer avec précision les propriétés optiques des centres de lacunes de plomb », déclare le professeur agrégé Takayuki Iwasaki de Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), qui a dirigé l’étude.

Les trois propriétés critiques que les chercheurs recherchent dans un nœud quantique potentiel sont la symétrie, le temps de cohérence de spin et les lignes à phonons nuls (ZPL), ou les lignes de transition électroniques qui n’affectent pas les « phonons », les quanta des vibrations du réseau cristallin. La symétrie donne un aperçu de la façon de contrôler le spin (vitesse de rotation des particules subatomiques comme les électrons), la cohérence fait référence à une identité dans la nature ondulatoire de deux particules et les ZPL décrivent la qualité optique du cristal.

Les chercheurs ont fabriqué les lacunes de plomb dans le diamant, puis ont soumis le cristal à une pression et à une température élevées. Ils ont ensuite étudié les lacunes de plomb en utilisant la spectroscopie de photoluminescence, une technique qui permet de lire les propriétés optiques et d’estimer les propriétés de spin. Ils ont découvert que les lacunes de plomb avaient un type de symétrie dièdre, ce qui est approprié pour la construction de réseaux quantiques. Ils ont également constaté que le système présentait une grande « division de l’état fondamental », une propriété qui contribue à la cohérence du système. Enfin, ils ont constaté que le traitement haute pression et haute température qu’ils infligeaient aux cristaux supprimait la distribution inhomogène des ZPL en récupérant les dommages causés au réseau cristallin pendant le processus d’implantation. Un calcul simple a montré que les lacunes de plomb avaient un long temps de cohérence de spin à une température plus élevée (9K) que les systèmes précédents avec des lacunes de silicium et d’étain.

« La simulation que nous avons présentée dans notre étude semble suggérer que le centre de vacance de plomb sera probablement un système essentiel pour créer une interface quantique lumière-matière, l’un des éléments clés de l’application des réseaux quantiques », conclut un Dr optimiste. Iwasaki.

Cette étude ouvre la voie au développement futur de grandes plaquettes de diamant (défectueuses) et de films de diamant minces (défectueux) dotés de propriétés fiables pour les applications de réseaux quantiques.


L’ère des centres de couleur mono-spin en carbure de silicium approche


Plus d’information:
Peng Wang et al, Enquête spectroscopique à basse température des centres de vacance de plomb dans le diamant fabriqué par traitement à haute pression et à haute température, ACS Photonique (2021). DOI : 10.1021/acsphotonics.1c00840

Fourni par l’Institut de technologie de Tokyo

Citation: Comment les diamants défectueux « mènent » à des réseaux quantiques impeccables (2021, 1er octobre) récupéré le 1er octobre 2021 sur https://phys.org/news/2021-10-flawed-diamonds-flawless-quantum-networks.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.

 
For Latest Updates Follow us on Google News
 

PREV MétéoMédia – Regardez ce soir! Les météores orionides devraient passer devant la lune du chasseur
NEXT Étudier le bord de la bulle magnétique du soleil
----