Алмазы с оптически активными дефектами, такими как центры вакансий азота (NV), могут служить высокочувствительными датчиками или кубитами для квантовых компьютеров, где информация хранится в спиновых состояниях этих дефектов. Однако считывание спиновых состояний с помощью света является сложной задачей из-за слабого сигнала отдельных фотонов. Команда HZB предложила новый метод, использующий фотонапряжение для обнаружения спиновых состояний, что может упростить конструкцию квантовых датчиков.
Центры NV в алмазах позволяют манипулировать спинами с помощью микроволн, а информацию считывать оптически. Однако традиционные методы требуют сложной оптики и однофотонных детекторов. Ученые Ассоциация немецких исследовательских центров имени Гельмгольца модифицировали зондовую силовую микроскопию Кельвина (KPFM), чтобы измерять фотонапряжение, возникающее при возбуждении NV-центров лазером. Это напряжение зависит от спинового состояния, что позволяет считывать информацию без сложной оптики.
Новый метод также позволяет отслеживать динамику спинов, манипулируя ими микроволнами. Это открывает путь к созданию компактных устройств на основе алмазов, требующих лишь подходящих контактов. Кроме того, метод применим к другим системам с электронным спиновым резонансом, что расширяет его потенциал в квантовых технологиях.
Зеленый лазер возбуждает носители заряда в NV-центрах, которые затем захватываются поверхностными состояниями. Сканирующий наконечник движется по поверхности и измеряет разность потенциалов вокруг NV-центра. Спиновыми состояниями NV-центров можно управлять с помощью микроволн. Автор: Мартин Кюнстинг / HZB.
Дополнительная информация: Sergei Trofimov et al, Voltage detected single spin dynamics in diamond at ambient conditions, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-58635-3
Источник: https://phys.org/news/2025-04-elegant-method-photovoltage.html