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Le centre azote-lacune NV du diamant existe aussi dans le carbure de silicium

par com.lac - publié le , mis à jour le

Le centre azote-lacune NV du diamant existe aussi dans le carbure de silicium


Certains défauts ponctuels dans les semiconducteurs à grand « gap » possèdent une structure de spin électronique et la résonance entre les états quantiques associés peut être détectée optiquement dans certains cas. C’est en particulier le cas du centre NV azote-lacune dans le diamant, où l’azote est une impureté en substitution du carbone venant se combiner à une lacune (V) sur un site adjacent du cristal. La résonance de spin du centre NV du diamant permet d’utiliser cet atome artificiel pour de multiples applications qui sont explorées dans l’équipe NanoDiam, d’une part comme qubit pour l’information quantique et d’autre part comme sonde de champ magnétique.


Parmi les autres matériaux contenant de tels défauts ponctuels, figure le carbure de silicium (SiC), dont la technologie de fabrication et de dopage est maîtrisée de longue date pour ses applications dans l’industrie électronique. Par rapport au diamant, le SiC a une structure plus riche : il est constitué par deux espèces atomiques distinctes et il cristallise sous la forme de plusieurs polytypes, cubique et hexagonal.


Alors que les propriétés de spin associées à la monolacune de silicium VSi et à la bilacune NCVSi dans le matériau SiC ont déjà été observées et font maintenant l’objet de nombreuses études, l’existence d’un centre NV (NCVSi) qui serait l’analogue de celui du diamant a été envisagée très récemment. Un premier indice de son existence fut obtenu grâce à des mesures de résonance paramagnétique électronique réalisées à l’INSP (Paris) et associées à des modélisations de structure moléculaire qui ont été effectuées à l’Université de Paderborn en Allemagne [Phys. Rev. B 92, 064104 (2015)]. 




Figure : Gauche : Défaut NCVSi dans le réseau hexagonal de 4H-SiC. Droite : Photoluminescence de NCVSi (Energie d’excitation : 1.24eV).


Les équipes Biophotonique, NanoDiam et Nanophotonique du LAC, en collaboration très étroite avec celles de l’INSP et de l’Université de Paderborn, viennent d’identifier des raies zéro-phonon dans le spectre de photoluminescence à température cryogénique (10 K), comme résultant de l’émission des quatre orientations possible du centre NCVSi dans le SiC hexagonal. Une étape essentielle pour l’étude de ce défaut a ainsi été franchie. Nous allons maintenant chercher à observer optiquement la résonance de spin associée à ce défaut du SiC et à le créer de façon contrôlée en adaptant les techniques qui ont été mises au point pour l’ingénierie du centre NV du diamant.


En savoir plus : Evidence for near-infrared photoluminescence of nitrogen vacancy centers in 4H-SiC, S. A. Zargaleh*, B. Eble, S. Hameau, J.-L. Cantin, L. Legrand, M. Bernard, F. Margaillan, J.-S. Lauret, J.-F. Roch, H. J. von Bardeleben, E. Rauls, U. Gerstmann*, and F. Treussart*, Phys. Rev. B 94, 060102(R) (2016).


Contact : François Treussart (Biophotonique) et Uwe Gertsmann (Universität Paderborn, Allemagne)