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Equipe
- Membres permanents : Benoît Eble, Sophie Hameau, Florent Margaillan
Lorsque des défauts sont présents dans un solide cristallin, ils brisent la symétrie de translation du réseau, de nouvelles propriétés électroniques et optiques font alors leurs apparitions. Le défaut ponctuel qu’on appelle « centre NV– coloré » est l’un des défauts les plus étudiés pour ses applications prometteuses dans la magnétométrie de très haute précision ou dans le domaine de l’informatique quantique. En effet, le centre NV peut être envisagé comme bit quantique (brique élémentaire de l’informatique quantique) car c’est un système quantique bien protégé de l’environnement et qui possède un spin électronique S = 1 qui peut être manipulé optiquement. L’étude complète du centre NV a déjà été réalisée dans le diamant mais il subsiste 2 freins à son utilisation technologique. D’une part, le diamant est dur à produire et coûte donc cher. D’autre part, la réponse optique du centre NV du diamant est à 637nm, elle se trouve dans le domaine visible des ondes électromagnétiques, et ainsi n’est pas optimale pour la transmission via fibre optique par exemple. Le carbure de silicium vient apporter une solution à ces deux problèmes, en effet les connaissances et les méthodes de fabrication le concernant sont très matures du fait de l’utilisation massive de silicium dans la micro-électronique depuis des décennies. Enfin, la réponse optique du centre NV dans SiC se situe dans le proche infrarouge domaine de longueur d’onde beaucoup plus efficaces pour l’échange d’informations à distance.
Dans SiC le centre NCVSi est un complexe formé d’un atome d’azote en substitution d’un carbone et d’une lacune de silicium dans le cristal. Nous avons identifié, par une étude conjointe avec l’équipe CONFID de l’INSP, le centre NV dans le polytype hexagonal 4H. Nous menons actuellement une étude de la formation de ce défaut dans le polytype cubique.
En parallèle, nous mettons en place une expérience d’ODMR (détection optique de la résonance magnétique). L’ODMR est une technique de spectrométrie fine, qui permet de détecter optiquement le renversement de spin du centre NV induit par un rayonnement radio-fréquence. La démonstration d’ODMR sur un ensemble de centres NV dans SiC est une étape nécessaire avant la réalisation d’expériences sur spin unique, ultime validation de ce défaut comme quantum bit.
Collaborations
- J.-L. Cantin, J. von Bardeleben, INSP
Publications
- S. Zargaleh, Sophie Hameau, Benoit Eble, F. Margaillan, Hans Jürgen von Bardeleben, et al.. Nitrogen vacancy center in cubic silicon carbide: A promising qubit in the 1.5μm spectral range for photonic quantum networks. Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), American Physical Society, 2018. ⟨hal-01902627⟩
- S. Zargaleh, H. von Bardeleben, J. Cantin, U. Gerstmann, S. Hameau, et al.. Electron paramagnetic resonance tagged High Resolution Excitation Spectroscopy of NV-Centers in 4H-SiC. Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), American Physical Society, 2018, 98 (21), pp.214113. ⟨10.1103/PhysRevB.98.214113⟩. ⟨hal-02298324⟩
