Vers une dynamique du spin dans des points quantiques en SiGe
Le projet SPIDERMAN (Electronic transport and spin dynamics through SiGe self-assembled quantum dots), financé par l'UE, a exploré la possibilité d'utiliser des nanostructures de silicium-germanium (SiGe) pour obtenir des qubits de spin. Le silicium et le germanium sont le siège de petites interactions hyperfines, donnant au spin des électrons une longue durée de relaxation et de cohérence. On a ainsi montré que la cohérence du spin d'électrons pouvait approcher la seconde dans le silicium. Cependant on ignore si des trous confinés pourraient avoir une interaction hyperfine encore plus faible. Les chercheurs de SPIDERMAN voulaient réaliser des points quantiques de SiGe sous forme de nanostructures. Ils ont auto-assemblé des nanostructures de SiGe via croissance hétéro-épitaxiale en désaccord de maille, le germanium étant déposé sur un substrat de silicium. Les scientifiques ont réussi à moduler le facteur g de trou dans les nanostructures en SiGe, c'est-à-dire la réponse à un champ magnétique externe du spin des trous confinés dans le SiGe. Ils ont obtenu des modulations géantes en appliquant un champ électrique dans la direction de la croissance. Le fait de disposer d'un facteur g de trou, réglable électriquement, est très intéressant pour l'informatique quantique et la spintronique. En outre, les scientifiques ont utilisé le hamiltonien de Luttinger (qui décrit la structure de la bande de valence) afin de trouver une explication de ce comportement inhabituel. Ils ont attribué la forte modulation du facteur g de trou au déplacement relatif des fonctions d'onde de trou lourd et de trou léger, sous l'effet d'un champ électrique. Les résultats de SPIDERMAN suggèrent qu'il est possible de manipuler électriquement le spin de trous dans des nanostructures auto-organisées de SiGe, avec des fréquences de l'ordre de 100 MHz. Les expériences conduites soulignent le vaste potentiel, jusqu'ici ignoré, des trous en tant que qubits de spin. Elles représentaient les premières étapes importantes vers la concrétisation de qubits de spin de trous dans des nanostructures auto-assemblées de SiGe.
Mots‑clés
Dynamique du spin, points quantiques, spin des électrons, SPIDERMAN, silicium-germanium, facteur g de trou
