exploration des interactions spin-phonon avec l'acoustique quantique

exploring spin-phonon intercation with quantum acoustics

• Auteur / Autrice : Quentin Greffe
• Direction : Franck Balestro
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement
• Date : Inscription en doctorat le 03/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel

Mots clés

Mots clés libres

Spin

Phonon

Acoustique

Hbar

Spin

Phonon

Acoustics

Hbar

Résumé

Ce projet vise à explorer les interactions spin-phonon dans le régime quantique. Nous utiliserons les outils venu de l'acoustique quantique pour sonder ces interactions, avec des modes phononiques à quelques GHz et à une température de quelques dizaines de mK. L'étude commencera sur des ensembles de spin avec l'objectif d'aller ensuite vers des spins individuels.

Understanding spin-phonon interactions is essential for solid-state quantum technologies that exploit the spin degree of freedom. Experimental probes for spin-phonon interaction in the quantum regime are therefore needed. We developed a versatile technique to probe the resonant coupling of solid-state spin defects to strain in very wide range of target crystals. Our technique consists in measuring high overtone bulk acoustic wave resonators (HBAR) made out of crystals hosting spin defects, at 50 mK, within a vector magnetic field. By bonding a thin-film lithium niobate transducer onto the target crystal, we couple to its HBAR modes at GHz frequencies. Our fabrication procedure is relatively simple and robust, and yields functional HBAR on a variety of target crystals, with finesses up to 50. On CaWO4 crystals doped with Er3+ ions, we demonstrate the ability to perform acoustic paramagnetic resonance and to unveil the angular dependence of spin-phonon interactions. This technique could be instrumental to identify spin species and crystal hosts suitable to achieve coherent spin-phonon interactions.