В HZB разработали электрическую технологию для работы со спинами в алмазе

Ученые из HZB разработали новый способ считывания квантовых спиновых состояний в алмазах с помощью электрических сигналов вместо света. Такая технология может упростить устройства для квантовых сенсоров и вычислительных систем.

В алмазах с определёнными оптически активными дефектами, называемыми центрами окраски, хранится квантовая информация в электронных спиновых состояниях. Обычно для определения таких состояний требуется оптическое оборудование, что связано с определёнными сложностями. Теперь исследователи предложили использовать фотонапряжение для регистрации спиновых состояний отдельных дефектов, что открывает путь к созданию миниатюрных сенсоров.

Использование дефектов в структуре алмаза, в частности азотно-замещённых вакансий, позволяет управлять электронными спинами с помощью микроволн. Такие кристаллы могут работать как высокочувствительные сенсоры и как кубиты для квантовых компьютеров.

До настоящего времени для регистрации состояния спина требовалось фиксировать фотоны, испускаемые дефектами. Однако количество испускаемых фотонов крайне мало, что существенно осложняет детектирование и делает оборудование сложным.

Коллектив HZB предложил измерять электрические заряды, которые, вместе со спиновым состоянием, присутствуют в центрах окраски. Для этого они модифицировали метод сканирующей зондовой микроскопии, позволяющий выявлять изменения напряжения возле NV-центра после лазерного возбуждения и взаимодействия зарядов с поверхностными состояниями.

Такой подход позволяет не только считывать отдельные спиновые состояния, но и наблюдать их динамику при внешнем воздействии микроволнами. Новый метод может применяться и в других твердофазных системах, где наблюдается электронный спиновый резонанс спиновых дефектов.

Благодаря разработке возможно создание компактных устройств на основе алмазов, для которых достаточно специальных контактных площадок без сложной оптики и единичных фотонных детекторов, сообщает Phys.org.