Optically addressable spins in silicon carbide and related 2D materials

Betere dataopslag via kwantumtechnologie en defecten

Met behulp van kwantumtechnologie is het mogelijk om data op een andere manier te verwerken en te verzenden dan nu gebeurt met klassieke informatietechnologie. In haar proefschrift beschrijft Carmem Maia Gilardoni onderzoek naar geïsoleerde defecten die zich kwantummechanisch gedragen. Deze defecten zitten vast in een kristalrooster van siliciumcarbide, een halfgeleider waarvan de fabricagemethoden al goed ontwikkelt zijn. Met behulp van licht dat zich goed door optische vezels voor telecommunicatie kan verplaatsen is het mogelijk om twee defecten op afstand met elkaar te koppelen via bestaande infrastructuur. Daarom concentreerde Maia Gilardoni zich op defecten die gevoelig zijn voor dit soort licht, namelijk onzuiverheden van overgangsmetalen in een SiC kristalrooster. De elektronspin in deze systemen is zo te gebruiken als opslag voor de kwantuminformatie.

Maia Gilardoni laat zien hoe de microscopische configuratie van deze defecten invloed heeft op hun spin en hoe deze reageert op licht. Zij zag dat wanneer de defecten in een bepaalde configuratie van het rooster zitten, hun elektronspin sterk gericht zijn langs een unieke as. Dit zorgt er voor dat de kwantumtoestand erg stabiel is. Aangezien er een compromis is tussen de stabiliteit en de mogelijkheid tot aansturing van de kwantumtoestand, veroorzaakt deze geometrie defecten die moeilijk zijn aan te sturen. Maar Maia Gilardoni kon aantonen dat de defecten die naast een elektronspin ook een kernspin bevatten makkelijker zijn aan te sturen zijn dan defecten zonder kernspin. Die hebben dan wel een grotere gevoeligheid om verstoord te worden door omgevingsfactoren. Ten slotte toonde Maia Gilardoni aan dat dezelfde natuurkunde die verantwoordelijk is voor het gedrag van defecten in SiC kan worden gebruikt om het gedrag van spins te begrijpen in andere materialen met soortgelijke symmetrie, zoals tweedimensionale halfgeleiders.

Carmem Maia Gilardoni  verrichtte haar promotieonderzoek bij de afdeling Fysica van Nano Devices van het Zernike Institute for Advanced Materials met een promotiebeurs van de RUG. Zij werkt hier nu als onderzoeker.

Zie ook: When going in circles helps you stay put: how spin-orbit coupling leads to stable spins in color centers in materials

Proefschrift: http://hdl.handle.net/11370/e5f6b209-f78c-4471-8af6-7e2972e11a9b