Contrôle de l'interface photonique de centres colorés individuels dans le silicium

Control of the photonic interface of single color centers in silicon

• Auteur / Autrice : Alicia Morandini
• Direction : Isabelle Robert-philip
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique et Astrophysique
• Date : Inscription en doctorat le 31/08/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Information, Structures, Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : L2C - Laboratoire Charles Coulomb
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe de Recherche Physique de l'Exciton du Photon et du Spin

Mots clés

Mots clés libres

Défauts de spin

Centres colorés

Technologies quantiques

Silicium

Photons uniques

Photons indiscernables

Spin defects

Quantum technologies

Color centers

Indistinguishable photons

Silicon

Single photons

Résumé

L'objectif du projet est d'explorer les propriétés quantiques de centres colorés du silicium récemment isolés à l'échelle individuelle. Ces défauts ponctuels fluorescents émettent des photons uniques dans le proche infrarouge et dans les bandes télécom adaptées aux communications longues distances dans les fibres optiques. Le but est d'étudier, de comprendre et de contrôler les propriétés de cohérence optique de ces centres colorés du silicium afin d'évaluer leur potentiel pour les technologies quantiques. La première tâche du projet sera dédiée à la prise en mains et au développement d'une nouvelle expérience de microspectroscopie à froid optimisée pour la détection d'émetteurs individuels dans le proche infrarouge. Le premier objectif scientifique consistera à développer l'excitation résonante de défauts individuels dans le silicium pour étudier leur structure fine et la stabilité de leurs raies d'émission. Le phénomène de diffusion spectrale sera caractérisé de manière rigoureuse et différents protocoles seront étudiés pour s'en affranchir. Le second objectif sera de démontrer l'émission de photons uniques indiscernables sur des temps longs sur un défaut fluorescent individuel, en réalisant une expérience de coalescence de photons ou de Hong-Ou-Mandel. Ensuite, le contrôle par effet Stark de la longueur d'onde d'émission des défauts sera exploré. Le but final de la thèse sera de réaliser une expérience de Hong-Ou-Mandel entre deux centres colorés individuels distants dans le silicium.

The aim of the project is to explore the quantum properties of recently isolated single color centers in silicon. These fluorescent point defects emit single photons in the near infrared and in the telecom bands suitable for long-distance communications in optical fibers. The goal is to study and understand the spin and optical coherence properties of these color centers in silicon, in order to assess their potential for quantum technologies. The first task of the project will be dedicated to mastering and developing a new low-temperature microspectroscopy experiment optimized for the detection of individual emitters in the near infrared. The first scientific objective will be to develop resonant excitation of single defects in silicon to study their fine structure and the stability of their emission lines. The phenomenon of spectral diffusion will be rigorously characterized, and different protocols will be studied to overcome it. The second goal will be to demonstrate indistinguishable single-photon emission over long timescales on a single fluorescent defect, by carrying out a photon coalescence or Hong-Ou-Mandel experiment. Then, the tuning of the defect emission lines through Stark effect will be explored. The final goal of the PhD will be to perform a Hong-Ou-Mandel experiment between two distant color centers in silicon.