Descubrimiento impulsado por computación de defectos cuánticos similares al centro T en silicio

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• Ciencias de los materiales
• Física del estado sólido

Sus antecedentes:

• Los defectos cuánticos de alto rendimiento son cruciales para el avance de las tecnologías cuánticas como los emisores de un solo fotón y las interfaces de espín fotónico.
• El silicio es una plataforma muy deseable debido a sus propiedades favorables de baño de espín y procesamiento establecido.
• Los emisores cuánticos existentes en silicio requieren un mayor desarrollo para mejorar el rendimiento.

Objetivo del estudio:

• Identificar y caracterizar nuevos defectos cuánticos en el silicio con potencial para aplicaciones cuánticas de alto rendimiento.
• Para explorar nuevos centros de color que pueden servir como eficientes emisores de fotones individuales y interfaces de fotones de espín.
• Para aprovechar la selección computacional para el descubrimiento de nuevos candidatos a defectos cuánticos.

Principales métodos:

• Evaluación computacional de alto rendimiento de más de 22.000 defectos complejos cargados en silicio.
• Identificación de defectos compuestos por elementos del grupo III y carbono (A-C) que sustituyen al silicio.
• Análisis de las propiedades estructurales, electrónicas y ópticas, incluida la vida útil radiativa y la eficiencia de emisión.
• Cálculo de las barreras cinéticas para la formación de defectos e investigación de las vías de síntesis.

Principales resultados:

• Descubrimiento de una serie de defectos cuánticos similares al centro T (A-C) en silicio, análogos al conocido centro T.
• Estos defectos exhiben propiedades ópticas impulsadas por un electrón no emparejado en un orbital de carbono p y emiten en el rango de telecomunicaciones.
• Algunos defectos identificados muestran mejores vidas radiativas computadas, eficiencias de emisión y anchos de línea óptica en comparación con el centro T.
• La evidencia computacional y experimental sugiere vías de formación factibles, incluida la captura de carbono por átomos sustitutivos del grupo III y los procesos de recocido.

Conclusiones:

• Se ha identificado una nueva familia de defectos cuánticos de alto rendimiento en silicio utilizando la detección computacional.
• Estos defectos (A-C) son prometedores para la emisión de un solo fotón y las interfaces de espín de fotones en las tecnologías cuánticas.
• Los hallazgos motivan una mayor síntesis experimental y el control de estos defectos, destacando el poder de los métodos computacionales en el descubrimiento de materiales cuánticos.