Quantenkontrolle von Spins in Siliziumkarbid mit Mikroresonatoren

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Georgy Astakhov
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323228505

Optische Mikroresonatoren sind die ideale Verknüpfung zwischen Photonen als fliegende Quantenbits und Elektronen als stationäre Quantenbits, da sie die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie um Größenordungen verstärken können. Mikroresonatoren sind daher unter den wichtigsten Werzeugen für die Untersuchung von quantenmechanischen Licht-Materie Wechselwirkungen. Siliziumkarbid (SiC) ist ein vielversprechendes Material für skalierbare Spintronik und Quanteninformation auf Halbleiterbasis: Erstens ist SiC kompatibel mit CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) Technologie, und ermöglicht daher die Erzeugung von integrierten Schaltkreisen, ähnlich wie Silizium. Zweitens weisen Spin-Zentren in diesem Material, insbesondere die Silizium-Fehlstelle, herausragende Spinkohärenzzeiten auf, sogar in handelsüblichen Materialien, und die Spin-Zentren können optisch manipuliert werden, bishin zu einzelnen Defekten. Deren optische Eigenschaften sind für viele Anwendungen allerdings nicht ideal, da sie niedrige Photonenemissionsraten und eine schwache Spin-Abhängigkeit der Fluoreszenz aufweisen.In diesem Projekt werden wir ein einzelnes Spin-Farbzentrum an einen optischen Resonator koppeln, welcher aus einem SIC Chip und einem Silizium Mikrospiegel besteht. Solche Mikrospiegel bieten hochqualitative Oberflächen, kleine Krümmungsradien und leichte Skalierbarkeit. Mittels resonanter Anregung und Auslese beabsichtigen wir, den Spin-Kontrast auf bis zu 50% zu erhöhen. Ziel des Projektes ist es, Spin-Photonen-Verschränkung mit einer einzelnen Silizium-Fehlstelle zu erreichen. Dies ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu Quanteninformationsübertragung und Quantennetzwerken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Mitverantwortlich: Michael Trupke, Ph.D.