Kontrollierte Elektron-Phonon Wechselwirkung negativ geladener Silizium-Fehlstellen Zentren in nanostrukturierter Diamantmatrix.

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Kubanek
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398628099

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es die Kohärenzzeiten von SiV-Zentren zu verlängern und dabei bei moderaten Temperaturen von einigen Kelvin zu operieren. In diesem Projekt verfolgen wir zwei Strategien. 1) Wir benutzen SiV-Zentren in Nanodiamanten (ND) um durch die kleine Größe des Diamanthost resonante Phononenmoden, die für die schnellen Dekohärenzmechanismen verantwortlich sind, zu unterdrücken. Für Größen von einigen zehn Nanometer werden Phononfrequenzen unterdrückt die eben dem relevanten Feinstrukturübergang entsprechen. Herausforderungen dieser Strategie kommen durch die kleine Größe der ND und die damit verbundene Nähe der Emitter zur Diamantoberfläche die zu Photoinstabilität und zu spektraler Instabilität führen. Wir versuchen diese Effekte durch chemische Terminierung der Oberfläche und durch Verbesserungen in der Produktion von ND zu unterdrücken. 2) Da die Spinrelaxation durch die Wechselwirkung mit Phononmoden von E Punkt-Gruppen Symmetrie verursacht werden versuchen wir in einem zweiten Ansatz die Spinrelaxation zu reduzieren indem die SiV-Zentren in einen nanomechanischen Resoantor integriert werden. Hier ist die Dichte der verfügbaren Phononzustände verringert und die Kopplung an E Phononenmoden unterdrückt. Der Hauptvorteil der zweiten Methode ist die deutlich größere Strukturgröße verglichen mit den Nanodiamanten. Dadurch ist auch der Abstand der Emitter zu der Diamantoberfläche erhöht. Die Herausforderung bestehen in der Nanostrukturierung des Diamanthosts, der Positionierung der SiV-Zentren innerhalb der Phononenmode und die Erhaltung der optischen und Kohärenz-Eigenschaften während aller Fertigungsschritte. Durch das Projekt wird ein neuer Quantenemitter mit hervorragenden optischen Eigenschaften und langen Kohärenzzeiten entwickelt der bei moderaten Temperaturen von einigen Kelvin betrieben wird. Anwendungen entstehen auf den Gebieten Quantenrepeater, Quantensensing oder Quanteninformation.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Australien, Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Viatcheslav Agafonov; Dr. Marcus Doherty