Centres colorés individuels dans le silicium
Coordinateurs : Anaïs DREAU, Vincent JACQUES et Guillaume CASSABOIS
Les centres colorés sont des défauts cristallins ponctuels et fluorescents présents dans les matériaux semiconducteurs. Isolés à l’échelle individuelle par des techniques de microscopie optique avancée, ces « atomes artificiels » piégés dans le cristal émettent des photons uniques un par un.
Par ailleurs, certains de ces centres colorés présentent un degré de liberté quantique lié au spin et qui peut être accessible et contrôlable optiquement. Récemment, l’équipe a montré que le silicium, matériau phare de la microélectronique, hébergeait un grand nombre de centres colorés qui pouvaient être isolés à l’échelle unique par voie optique. En plus d’être dans la plateforme idéale pour la photonique quantique intégrée à large échelle, ces défauts émettent des photons uniques aux longueurs d’onde des télécommunications par fibres optiques.
Nos recherches visent à comprendre et contrôler les propriétés quantiques photonique et de spin de centres colorés individuels dans le silicium. D’un premier côté, nous explorons le contrôle de l’émission optique de centres colorés individuels pour atteindre le régime des photons indiscernables. De l’autre côté, nous étudions la manipulation cohérente des états de spin de défauts uniques, afin de créer des qubits de mémoires interfacés avec des photons uniques télécom dans ce matériau incontournable de l’industrie.
Quelques publications récentes :
- A single optically detectable tumbling spin, Félix Cache, Yoann Baron, Baptiste Lefaucher, Jean-Baptiste Jager, Frédéric Mazen, Frédéric Milési, Sébastien Kerdilès, Isabelle Robert-Philip, Jean-Michel Gérard, Guillaume Cassabois, Vincent Jacques and Anaïs Dréau, preprint arXiv:2510.15590
- Hopping of the Center-of-Mass of Single G Centers in Silicon-on-Insulator, A. Durand, Y. Baron, P. Udvarhelyi, F. Cache, Krithika V.R., T. Herzig, M. Khoury, S. Pezzagna, J. Meijer, J.-M. Hartmann, S. Reboh, M. Abbarchi, I. Robert-Philip, A. Gali, J.-M. Gérard, V. Jacques, G. Cassabois and A. Dréau, Phys. Rev. X 14, 041071 (2024)
- Genuine and faux single G centers in carbon-implanted silicon, A. Durand, Y. Baron, F. Cache, T. Herzig, M. Khoury, S. Pezzagna, J. Meijer, J.-M. Hartmann, S. Reboh, M. Abbarchi, I. Robert-Philip, J.-M. Gérard, V. Jacques, G. Cassabois, and A. Dréau, Phys. Rev. B 110, L020102 (2024)
- Broad Diversity of Near-Infrared Single-Photon Emitters in Silicon, A. Durand, Y. Baron, W. Redjem, T. Herzig, A. Benali, S. Pezzagna, J. Meijer, A. Yu. Kuznetsov, J.-M. Gérard, I. Robert-Philip, M. Abbarchi, V. Jacques, G. Cassabois, and A. Dréau, Phys. Rev. Lett. 126, 083602 (2021)
- Single artificial atoms in silicon emitting at telecom wavelengths, W. Redjem, A. Durand, T. Herzig, A. Benali, S. Pezzagna, J. Meijer, A. Kuznetsov, H.-S. Nguyen, S. Cueff, J.-M. Gérard, I. Robert-Philip, B. Gil, D. Caliste, P. Pochet, M. Abbarchi, V. Jacques, A. Dréau and G. Cassabois, Nat Electron 3, 738 (2020)
Financements :
Cette activité de recherche est soutenue par le projet ERC SILEQS, les initiatives du Plan France 2030 OQuluS et QuanTEdu-France, le projet de la Région Occitanie QuET34, ainsi que par le projet ANR WOUAH.