作者:Forschungsverbund Berlin
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(FVB) 由应用于叉指换能器(IDT)的射频信号产生的表面声波控制碳化硅中光学活性色心的自旋状态
耦合强度取决于色心的自旋投影方向，由外部磁场控制
学分:A
埃尔南德斯-明格斯 来自柏林保罗-德鲁伊研究所、德累斯顿亥姆霍兹-曾特朗研究所和圣
彼得堡已经证明了在室温下使用弹性振动来操纵碳化硅中光学活性色心的自旋状态
它们显示了声致自旋跃迁对自旋量子化方向的非平凡依赖性，这可能导致手征自旋声共振
这些发现对未来量子电子器件的应用很重要，最近发表在《物理评论快报》上
固体中的色心是包含一个或多个俘获电子的光学活性晶体缺陷
对量子技术应用特别感兴趣的是光学可寻址色心，即晶格缺陷，其电子自旋状态可以利用光选择性地初始化和读出
除了初始化和读出之外，还需要开发有效的方法来操纵它们的自旋状态，从而操纵存储在其中的信息
虽然这通常是通过应用微波场来实现的，但是另一种更有效的方法是使用机械振动
在用于实现这种基于应变的技术的不同材料中，碳化硅作为纳米机电系统的坚固材料正引起越来越多的关注，该材料对振动具有超高的灵敏度，并且还具有高度相干的光学活性色心
在最近发表在《物理评论快报》上的一篇文章中，来自保罗-德鲁德-费斯克研究所、亥姆霍兹-曾特伦德累斯顿-罗森多夫研究所和伊夫研究所的研究证明了在室温下利用弹性振动来操纵碳化硅中光学活性色心的自旋状态
在他们的研究中，作者利用碳化硅晶格的周期性调制来诱导硅空位中心的自旋能级之间的跃迁，硅空位中心是自旋S=3/2的光学活性色心
对于未来的应用特别重要的事实是，与大多数类似原子的光中心相反，在大多数类似原子的光中心中，应变诱导效应的观察需要将系统冷却到非常低的温度，这里报道的效应是在室温下观察到的
为了将晶格振动耦合到硅空位中心，作者首先通过用质子照射碳化硅来选择性地产生这样的中心
然后，他们在碳化硅上制作了一个声波谐振器，用于激发驻波表面声波
声表面波是限制在固体表面的弹性振动，类似地震中产生的地震波
当声表面波的频率与色心的共振频率匹配时，陷在其中的电子可以利用声表面波的能量在不同的自旋子能级之间跳跃
由于自旋-应变耦合的特殊性质，声表面波可以在磁量子数差δm = 1和δm = 2的自旋态之间引起跃迁，而微波引起的跃迁被限制在δm = 1
这允许在没有外部微波场的帮助下，使用高频振动来实现自旋状态的完全控制
此外，由于声表面波应变场的固有对称性结合半整数自旋系统的特殊性质，这种自旋跃迁的强度取决于声表面波传播和自旋量子化方向之间的角度，这可以由外部磁场控制
此外，作者预测了行波声表面波下的手征自旋声共振
这意味着，在某些实验条件下，自旋跃迁可以通过反转磁场或声表面波传播方向来打开或关闭
这些发现将碳化硅确立为芯片上自旋-光力学量子控制的极具前景的混合平台，实现室温下的工程交互
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