Contrôle cohérent du spin du centre G du silicium : des ensembles aux défauts uniques.

Félix CACHE

Le silicium est le matériau au cœur des industries de la microélectronique et de la photonique et bénéficie des techniques de croissance et de nanofabrication les plus avancées. En s’appuyant sur ces avantages, il a émergé comme une plateforme idéale pour le développement de technologies quantiques prometteuses comme les qubits de spin contrôlés électriquement et les circuits de photonique quantique. En 2020, la première isolation optique d’un centre coloré du silicium à l’échelle individuelle a été une découverte majeure, offrant de nouvelles perspectives pour le développement de sources de photons déterministes et d’interfaces spin-photon directement intégrées au silicium. Depuis, de nombreux autres défauts ont été isolés à l’échelle individuelle. Certains sont intéressants pour leurs propriétés optiques, d’autres pour leurs états de spin. Parmi eux, le centre G, un défaut à base de carbone émettant dans la bande telecom O, a été intensivement étudié pour ses propriétés optiques. Cette thèse se concentre sur les propriétés de son état triplet de spin, situé dans un niveau métastable photoexcité. Nous nous penchons d’abord sur la photodynamique associée à l’état métastable d’ensembles de centres G afin de construire une séquence pulsée adaptée à la détection optique de ses résonances magnétiques. Nous intégrons ensuite des centres G uniques en microcavités photoniques afin d’augmenter leur signal de photoluminescence pour pouvoir démontrer le contrôle cohérent de leur spin à l’échelle individuelle. Finalement, des mesures de spectroscopie de spin sur défauts uniques permettent de mettre en évidence une structure fine associée au mouvement du centre G entre des orientations discrètes du cristal. Ce travaille révèle le centre G comme un système physique complexe mêlant photons telecoms et degrés de liberté de spin et rotation dans la plateforme disposant des procédés de nanofabrication les plus avancés.