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El carburo de silicio (SiC) es un semiconductor con tecnologías maduras relacionadas, dopaje controlable de tipo p y n y tecnología de nanofabricación madura. Sin embargo, en la actualidad, es necesario revelar las características de coherencia, el tiempo de desintegración T1 y el proceso de relajación del espín longitudinal de los puntos cuánticos de doble vacancia para sus procesos dinámicos de desacoplamiento y detección.

Un equipo de investigación llevó a cabo un estudio sistemático sobre la dinámica de relajación del espín de puntos cuánticos de doble vacancia en 4H-SiC. El equipo de investigación investigó por primera vez la dependencia del campo magnético de la mezcla de espines causada por diferentes espines en el entorno local de puntos cuánticos de doble vacante, y demostró que los centros de doble vacante adyacentes y los centros de vacantes de silicio de espín 3/2 generan múltiples modos de relajación con múltiples picos de relajación. Los modos de relajación del espín con diferentes dependencias del campo magnético se pueden identificar y estudiar a través de medios ópticos para el entorno local de puntos cuánticos de doble vacancia individuales o de un grupo.

Posteriormente, el autor simuló la correlación de concentración entre el campo magnético y el tiempo de relajación de espín T1 de los defectos de espín más relevantes en SiC. En muestras de alta pureza, la principal contribución no térmica a la relajación del espín proviene de la ranura de espín nuclear de 29Si, que maximiza el tiempo T1 promedio general a 100 ms a bajas temperaturas alejadas de la resonancia GSLAC. Para configuraciones de espín nuclear adyacentes, el tiempo de relajación se puede reducir a 40 ms bajo un campo magnético cero.

Fig. 1 Diagrama de valores aproximados utilizados en los cálculos de relajación del espín dipolar.

Figura 2a. Relajación causada por los espines nucleares de 29Si (línea continua de color azul oscuro) y 13C (línea continua de color azul claro); b. Correlación del campo magnético de la tasa de relajación del espín longitudinal causada por defectos de 1/2 punto de espín de diversas concentraciones.

Vale la pena señalar que el tiempo de relajación de espín limitado de la ranura de espín 29Si es equivalente o incluso más corto que el tiempo de coherencia del subespacio de puntos cuánticos de doble vacancia con protección de decoherencia (64 ms). En este caso, la relajación del espín longitudinal puede ser el factor principal que limita la vida útil de los subespacios protegidos coherentes. Además, el autor también demostró que la relajación del espín bipolar causada por defectos puntuales paramagnéticos puede tener implicaciones importantes en muestras de implantación de iones. La fórmula analítica proporcionada por este estudio se puede utilizar para estimar el T1 de una muestra determinada con concentraciones de defectos de espín conocidas, así como para analizar el T1 medido experimentalmente, con el fin de estimar la concentración de defectos de espín local de puntos cuánticos de doble vacancia. Al utilizar este último método, el autor descubrió que en muestras implantadas con iones N2, la concentración local de defectos puntuales paramagnéticos puede alcanzar hasta 4×10¹⁸cm^-3, y el tiempo de coherencia máximo es de aproximadamente 0,5 ms, que es sólo la mitad de los 1,3 ms de la abundancia de isótopos naturales del 4H-SiC.

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