Le carbure de silicium (SiC) est un matériau de recherche très prisé dans le domaine des technologies de l'information quantique. Par exemple, les lacunes de défauts dans le SiC (composées de lacunes de silicium et de lacunes de carbone adjacentes, ci-après dénommées VV) présentent de nombreux avantages par rapport aux centres NV dans le diamant, notamment des états fondamentaux triples et l'avantage d'une technologie de recherche sur les matériaux principaux mature. L'emplacement des défauts de matériaux peut, en principe, être localisé sur des surfaces ou des interfaces spécifiques, et la présence de défauts est particulièrement importante pour les applications de détection. En termes d'intégration avec d'autres systèmes, la connexion entre les défauts de spin et les cavités photoniques a été proposée comme moyen efficace d'interaction entre les photons et les défauts de spin adressables optiquement, ce qui constitue une caractéristique clé des applications de communication quantique. Par exemple, le carbure de silicium polytype cubique (3C SiC) a été utilisé pour construire des cavités photoniques avec des facteurs de qualité élevés et réaliser l'incorporation de défauts VV dans le matériau. La condition préalable pour parvenir à une intégration efficace des nanostructures et des matériaux est d’étudier et de comprendre les défauts de spin à proximité de la surface et de l’interface.

PAM-XIAMEN peut fournir un substrat 3C-SiC de type N, dont les spécifications sont répertoriées dans :https://www.powerwaywafer.com/3c-sic-wafer.html.

Les chercheurs ont utilisé des calculs de principes fondamentaux pour étudier les propriétés physiques des lacunes proches de la surface dans le SiC 3C et ont examiné des surfaces riches en silicium (001) avec diverses reconstructions et terminaisons. Près de la surface du SiC (2×1) : H, VV est un défaut de spin stable et élastique avec peu de variation de caractéristiques par rapport aux défauts massifs. De plus, les résultats de la recherche sur la relation fonctionnelle entre les défauts de spin (VSiVC) et la reconstruction de surface et la terminaison des groupes – H, – OH, – F et oxygène dans le SiC 3C indiquent que le SiC 3C est un matériau d’application quantique prometteur.

Fig. 1 Structure atomique de la surface 3C SiC (001) riche en silicium. (2×1) : Modèle H Comme le montre la vue latérale, la structure électronique du défaut est étudiée en fonction de sa proximité avec la surface : L2 est la position la plus proche de la couche fixe, L3 est au milieu de la modèle, et L6 est la position la plus proche de la surface.

Fig. 2 Calcul de la structure électronique de la double lacune neutre en L3 dans le plan 3C SiC (001) riche en silicium de surface à l'aide des fonctionnelles PBE et HSE. Les résultats indiquent qu'aux niveaux théoriques PBE et HSE, toutes les tendances fonctionnelles des terminaux de surface sont les mêmes. Par conséquent, la saturation des atomes d’hydrogène sur la surface reconstruite (2 × 1) conduira à la structure de surface la plus prometteuse.

Fig. 3 Différence d'énergie (eV) entre le VV du 3C-SiC en vrac et le VV proche de la surface sous PBE fonctionnel

Fig. 4 Calcul de l'affinité électronique de surface (EA) de (2 × 1) (001) surface riche en carbure de silicium (2 × 1) surface riche en silicium

Compte tenu de la rupture de symétrie introduite par la surface, il est crucial de comprendre son impact sur les valeurs des composants tensoriels de division en champ nul (ZFS). Dans le tableau 2, cet article rapporte les composantes ZFS calculées de VV pour quatre terminaux de surface différents situés au milieu du modèle (2 × 1) (L3). La composante E de la division en champ nul a une sensibilité significative à la position des défauts par rapport à la surface, ce qui indique que ce paramètre peut être utilisé comme indicateur de la proximité du défaut par rapport à la surface. Enfin, des études qualitatives sur le facteur Debye Waller (DWF) de volume et de surface indiquent que la diminution du DWF de surface peut être atténuée grâce à l'ingénierie de déformation des échantillons de SiC.

Fig. 5 Composantes de calcul D et E des tenseurs à division de champ nul (ZFS) pour les états fondamentaux VV neutres en vrac et neutres proches de la surface du SiC 3C avec différentes terminaisons de surface

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