Detección de espines por su fluorescencia con un contador de fotones de microondas

Área de la Ciencia:

• La física cuántica
• Física del estado sólido
• Espectroscopia

Sus antecedentes:

• Los emisores cuánticos irradian energía, con componentes tanto coherentes como incoherentes (fluorescencia).
• Los espines de electrones generalmente se detectan a través de ecos coherentes de fase, no de fluorescencia, debido a las bajas tasas de radiación y la falta de detectores.
• La emisión espontánea de fotones de microondas de los espines no se ha observado.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar la detección de la fluorescencia de espín de electrones en frecuencias de microondas.
• Desarrollar un método para observar la radiación incoherente de los espines de los electrones.
• Explorar nuevas posibilidades para la espectroscopia de resonancia magnética en pequeños conjuntos de espín.

Principales métodos:

• Utilizó dispositivos cuánticos superconductores que operan a temperaturas de millikelvin.
• Mejora de las tasas de decaimiento radiativo de espín mediante el acoplamiento de espines a un resonador superconductor de factor de alta calidad.
• Desarrolló y empleó un nuevo detector de fotones de microondas (SMPD) basado en un qubit superconductor.

Principales resultados:

• Se ha detectado con éxito la fluorescencia de un pequeño conjunto de espines donantes en silicio a frecuencias de microondas.
• Demostrado que el SMPD también puede detectar ecos de giro.
• Se han realizado mediciones de caracterización de espín estándar (Rabi nutation, espectroscopia) utilizando tanto la detección de eco como la de fluorescencia.

Conclusiones:

• El estudio presenta la primera observación de la fluorescencia de espín de electrones en frecuencias de microondas.
• El SMPD desarrollado y el método de detección de fluorescencia ofrecen una nueva herramienta para la espectroscopia de resonancia magnética.
• Esta técnica tiene potencial para caracterizar un pequeño número de espines con alta sensibilidad.