Centre silicium-lacune
Le centre silicium-lacune (Si-V) est un défaut ponctuel (aussi appelé centre coloré) existant dans la structure cristalline du diamant qui suscite l'intérêt croissant des chercheurs étudiant les propriétés et applications du diamant. Cet intérêt est principalement motivé par les propriétés optiques cohérentes du Si-V pour des applications en information quantique, particulièrement en comparaison à d'autres centres colorés plus courants tels que les centres azote-lacune (NV).
Cet article est orphelin. Moins de trois articles lui sont liés ().
Vous pouvez aider en ajoutant des liens vers [[Centre silicium-lacune]] dans les articles relatifs au sujet.
Propriétés
modifierCristallographiques
modifierLe centre Si-V est créé en remplaçant deux atomes de carbone voisins dans le cristal de diamant par un atome de silicium placé entre les deux lacunes voisines. Cette configuration a une symétrie correspondant au groupe ponctuel de symétrie D 3D.
Électroniques
modifierLa structure électronique du centre Si-V a un trou d'électron (spin-1/2) dans la couche de valence avec des niveaux d'énergie fondamentaux et excités séparés par une transition situées dans la bande interdite du diamant. Les niveaux d'énergie électroniques fondamentaux et excités sont chacun séparés en deux par l'intéraction spin-orbite. Cette séparation peut être affectée par la déformation du crystal. Chacun de ces niveaux de spin-orbite est doublement dégénéré dû au spin. Les phonons dans le cristal de diamant entraînent des transitions entre ces états orbitaux, provoquant une équilibration rapide de la population orbitale électronique à des températures supérieures à environ 1 K.[2]
Les quatre transitions entre les deux niveaux orbitaux fondamentaux et les deux niveaux orbitaux excités sont autorisées par un moment dipolaire avec une raie zéro-phonon à 738 nm (1,68 eV)[3] et bande satellite phonon d'environ 20 nm centrée autour de 766 nm[4]. Le centre Si-V émet beaucoup plus de son émission dans sa raie zéro-phonon, environ 70 % ( facteur de Debye-Waller de 0,7), que la plupart des autres centres colorés du diamant, comme le centre azote-lacune (facteur de Debye-Waller ~ 0,04)[5]. Le centre Si-V a également d'autres niveaux d'énergie excités plus élevés qui se désexcitent rapidement vers des niveaux d'énergie excités plus bas, permettant l'excitation hors résonance.
Le centre Si-V a une symétrie d'inversion et donc pas de moment dipolaire électrique statique (au premier ordre); il est donc insensible à l'effet Stark qui pourrait résulter des champs électriques inhomogènes au sein du cristal de diamant. Cette propriété, associée à la faible interaction électron-phonon, résulte en une raie zéro-phonon mince qui est principalement limitée par la durée de vie intrinsèque du centre Si-V.[6] Une forte photoluminescence, une émission optique mince et la facilité de trouver des centres Si-V aux propriétés optiques indiscernables les favorisent pour des applications en optique quantique.
Spin
modifierBien que les transitions optiques du centre Si-V préservent le spin électronique, l'interaction induite par des phonons entre les niveaux d'énergie orbitaux du Si-V provoque la décohérence du spin. Il est pourtant possible d’utiliser le spin nucléaire 29Si plus stable du Si-V comme qubit pour des applications en information quantique[7],[8],[9].
Références
modifier- Liu, Chen, Rong et McGuinness, « Fluorescence Polarization Switching from a Single Silicon Vacancy Colour Centre in Diamond », Scientific Reports, vol. 5, , p. 12244 (PMID 26202940, PMCID 4511871, DOI 10.1038/srep12244, Bibcode 2015NatSR...512244L)
- Jahnke, Sipahigil, Binder et Doherty, « Electron–phonon processes of the silicon-vacancy centre in diamond », New Journal of Physics, vol. 17, no 4, , p. 043011 (DOI 10.1088/1367-2630/17/4/043011, Bibcode 2015NJPh...17d3011J, arXiv 1411.2871, S2CID 17590913)
- Feng et Schwartz, « Characteristics and origin of the 1.681 eV luminescence centre in chemical-vapor-deposited diamond films », Journal of Applied Physics, vol. 73, no 3, , p. 1415 (DOI 10.1063/1.353239, Bibcode 1993JAP....73.1415F)
- Dietrich, Jahnke, Binder et Teraji, « Isotopically varying spectral features of silicon-vacancy in diamond », New Journal of Physics, vol. 16, no 11, , p. 113019 (DOI 10.1088/1367-2630/16/11/113019, arXiv 1407.7137, S2CID 119303095)
- Aharonovich, Castelletto, Simpson et Su, « Diamond-based single-photon emitters », Reports on Progress in Physics, vol. 74, no 7, , p. 076501 (DOI 10.1088/0034-4885/74/7/076501, Bibcode 2011RPPh...74g6501A, S2CID 123302785)
- Rogers, Jahnke, Teraji et Marseglia, « Multiple intrinsically identical single-photon emitters in the solid state », Nature Communications, vol. 5, , p. 4739 (PMID 25162729, DOI 10.1038/ncomms5739, Bibcode 2014NatCo...5.4739R, arXiv 1310.3804, S2CID 19581092)
- Rogers, Jahnke, Metsch et Sipahigil, « All-Optical Initialization, Readout, and Coherent Preparation of Single Silicon-Vacancy Spins in Diamond », Physical Review Letters, vol. 113, no 26, , p. 263602 (PMID 25615330, DOI 10.1103/PhysRevLett.113.263602, Bibcode 2014PhRvL.113z3602R, arXiv 1410.1355, S2CID 7492043)
- Pingault, Becker, Schulte et Arend, « All-Optical Formation of Coherent Dark States of Silicon-Vacancy Spins in Diamond », Physical Review Letters, vol. 113, no 26, , p. 263601 (PMID 25615329, DOI 10.1103/PhysRevLett.113.263601, Bibcode 2014PhRvL.113z3601P, arXiv 1409.4069, S2CID 15711479)
- Stas, Huan, Machielse et Knall, « Robust multi-qubit quantum network node with integrated error detection », Science, vol. 378, no 6619, , p. 557–560 (PMID 36378964, DOI 10.1126/science.add9771, Bibcode 2022Sci...378..557S, arXiv 2207.13128, S2CID 251105100)
