Требования к “кандидатам на выдвиженцы” просты и почти человеческие: объект-кандидат должен быть одновременно в меру независим (изолирован от вредных воздействий), но в то же время надежно управляемым. Вначале обратились к атомам, но из-за привычки к неконтролируемым движениям их приходилось сильно охлаждать, да и установки были громоздки. Постепенно находились новые подходящие объекты, чуть менее экзотичные, чем прежние. Сначала перешли к квантовым точкам, благо физика этих объектов переживала расцвет, но постепенно лидерство перешло к парному дефекту азот-вакансия (NV) в алмазе, и это был еще один шаг к использованию нерукотворных (а значит – и надежных) кирпичиков квантового строительства.

Теперь же (возвратимся к началу) нашелся объект, на котором можно реализовать и мазер, и однофотонный источник света, и квантовый кубит – и, надо полагать, еще многое.

Таким объектом оказалась кремниевая вакансия в карбиде кремния. Важные для приборных применений энергетические уровни этого центра лежат в области прозрачности кристалла, и, значит, к ним можно адресоваться непосредственно, минуя остальные подсистемы кристалла. Основные изотопы кремния и углерода – четны, поэтому ядра этих атомов не имеют спина и, соответственно, не разрушают спиновые состояния электронной подсистемы центра, благодаря чему они имеют аномально большие времена когерентности. Напомним, что именно короткие времена когерентности являются основной причиной головной боли для апологетов спинтроники, а тут – без всякой нанотехнологии, практически готовый кубит, да еще просто в полупроводниковом кристалле, технология которого отработана десятилетиями.

Мало того. Оказалось, природа распорядилась так, что в процессе рекомбинации фотовозбужденных носителей преимущественно заселяется верхний спиновый подуровень (3/2) метастабильного состояния. И достаточно слабой засветки при комнатной температуре (!), чтобы получить когерентное микроволновое излучение, частота которого управляется магнитным полем. Ситуация, удачная до неправдоподобия.

Примечательно, что носителем упомянутых замечательных особенностей является вакансия – т.е. отсутствие атома кремния на своем месте в кристаллической решетке SiC. И, хотя с подобными “квазиобъектами” физика твердого тела имеет дело чуть ли не со своего рождения (вспомним полупроводники p-типа), выяснение того, что кроется за отсутствующим атомом кремния потребовало почти десятилетия работ и достаточно специфической экспериментальной техники – оптически детектируемого магнитного резонанса (ODMR).

Подробности можно найти в первоисточниках и в мини-обзоре [3]. Там же найдутся дополнительные ссылки.

1. P.G.Baranov et al., Phys. Rev. B 83, 125203 (2011).

2. D.Riedel et al., Phys. Rev. Lett. 109, 226402 (2012).

    3. I.Aharonovich, M.Toth, Nature Phys. 10, 93 (2014).