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Le carbure de silicium (SiC) est un semi-conducteur doté de technologies connexes matures, d'un dopage contrôlable de type p et de type n et d'une technologie de nanofabrication mature. Cependant, à l’heure actuelle, il est nécessaire de révéler les caractéristiques de cohérence, le temps de décroissance T1 et le processus de relaxation de spin longitudinal des points quantiques à double lacune pour leurs processus de découplage et de détection dynamiques.

Une équipe de recherche a mené une étude systématique sur la dynamique de relaxation de spin de points quantiques à double lacune dans le 4H-SiC. L'équipe de recherche a d'abord étudié la dépendance du champ magnétique du mélange de spins provoqué par différents spins dans l'environnement local de points quantiques à double lacune, et a démontré que les centres de double lacune adjacents et les centres de lacune de silicium de spin 3/2 génèrent plusieurs modes de relaxation avec plusieurs pics de relaxation. Les modes de relaxation de spin avec différentes dépendances au champ magnétique peuvent être identifiés et étudiés par des moyens optiques pour l'environnement local d'un individu ou d'un groupe de points quantiques à double vacance.

Par la suite, l'auteur a simulé la corrélation de concentration entre le champ magnétique et le temps de relaxation de spin T1 des défauts de spin les plus pertinents dans le SiC. Dans les échantillons de haute pureté, la principale contribution non thermique à la relaxation de spin provient de la fente de spin nucléaire 29Si, qui maximise le temps T1 moyen global à 100 ms à basse température, loin de la résonance GSLAC. Pour les configurations de spin nucléaire adjacentes, le temps de relaxation peut être réduit à 40 ms sous champ magnétique nul.

Fig. 1 Diagramme des valeurs approximatives utilisées dans les calculs de relaxation de spin dipolaire

Figure 2a. Relaxation causée par les spins nucléaires du 29Si (ligne bleu foncé pleine) et du 13C (ligne bleu clair pleine) ; b. Corrélation du champ magnétique du taux de relaxation de spin longitudinal provoqué par des défauts de spin 1/2 points de diverses concentrations.

Il convient de noter que le temps de relaxation de spin limité de la fente de spin 29Si est équivalent, voire inférieur, au temps de cohérence du sous-espace de points quantiques à double vacance avec protection contre la décohérence (64 ms). Dans ce cas, la relaxation de spin longitudinale peut être le principal facteur limitant la durée de vie des sous-espaces protégés cohérents. En outre, l'auteur a également démontré que la relaxation de spin bipolaire provoquée par des défauts ponctuels paramagnétiques peut avoir des implications significatives dans les échantillons d'implantation ionique. La formule analytique fournie par cette étude peut être utilisée pour estimer le T1 d'un échantillon donné avec des concentrations de défauts de spin connues, ainsi que pour analyser le T1 mesuré expérimentalement, afin d'estimer la concentration locale de défauts de spin de points quantiques à double lacune. En utilisant cette dernière méthode, l’auteur a découvert que dans les échantillons implantés d’ions N2, la concentration locale de défauts ponctuels paramagnétiques peut atteindre jusqu’à 4×10.¹⁸cm^-3, et le temps de cohérence maximal est d'environ 0,5 ms, ce qui ne représente que la moitié des 1,3 ms de l'abondance naturelle des isotopes du 4H-SiC.

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