Sensado cuántico de acoplamientos eléctricos mesoscópicos entre cargas puntuales en diamante

Los centros de color en semiconductores son plataformas útiles para información cuántica y sensado a nanoescala, pero la mayor parte del trabajo ha privilegiado los grados de libertad ópticos y de espín. Usando el centro nitrógeno-vacancia (NV) en diamante como paradigma, esta charla discute el uso de las interacciones eléctricas—acoplamientos coulombianos directos con trampas de carga próximas y con portadores fotogenerados—como fuente alternativa de información.

Primero mostraré cómo las correlaciones estadísticas en las fluctuaciones espectrales de transiciones ópticas permiten triangular las posiciones tridimensionales relativas de NVs acoplados y ubicar trampas de carga cercanas. Después describiré experimentos demostrando la lectura de carga en disparo único para seguir eventos individuales de captura de huecos por NV⁻. Combinando microscopía de campo amplio con espectroscopía óptica multiplexada, realizamos lectura simultánea en cientos de NVs para desentrañar el papel de impurezas ionizadas, observar la formación de campos de carga espacial, y seguir la termalización de portadores durante la difusión. En regímenes donde las trampas coexistentes han sido neutralizadas, medimos diámetros efectivos de captura de huecos para NV⁻ superiores a 0,4 μm, cercanos al límite de Onsager.

En conjunto, estos resultados abren nuevas vías para establecer interacciones entre centros de color a distancias que superan lo alcanzable mediante acoplamientos magnéticos, con implicaciones en nanoelectrónica y el procesado de información cuántica.

Bío: Carlos Meriles nació y creció en Córdoba, Argentina. Obtuvo su doctorado en Física en FaMAF bajo la supervisión del Prof. A. H. Brunetti. Sus estudios doctorales se centraron en el uso de la Resonancia Cuadrupolar Nuclear (NQR) para investigar el desorden estructural y dinámico en cristales orgánicos. Tras graduarse en el año 2000, se incorporó al grupo del Prof. Alexander Pines en la Universidad de California, Berkeley, para trabajar en Resonancia Magnética Nuclear (NMR), área en la que continúa desarrollando su investigación. Desde 2004 forma parte del Departamento de Física del City College de Nueva York, donde actualmente se desempeña como Profesor.

Intereses de investigación. Su trabajo se centra en el desarrollo de nuevos métodos de resonancia magnética, en la frontera entre la RMN y la óptica.El uso de los espines electrónicos y nucleares para explorar la estructura y la dinámica de diversos materiales, así como para abordar problemas de creciente relevancia tecnológica, constituye hoy un campo de investigación en la intersección entre la física, la química y la biología.
El grupo de Meriles contribuye a esta amplia área con un enfoque en la caracterización y el control de la dinámica del espín nuclear en sistemas de materia condensada. Sus intereses incluyen el uso de métodos ópticos para generar estados de alta magnetización nuclear, así como el desarrollo y la aplicación de estrategias innovadoras para la detección y manipulación óptica de espines nucleares.
Su trabajo hace hincapié en el desarrollo de nuevos esquemas para monitorear la dinámica de espines con resolución temporal, y en herramientas avanzadas para estudiar espines nucleares a micro y nanoscala.