Electric-field control of spin-qubits in quantum paraelectrics
Project goals
Manipulating electron spins by applying electric instead of magnetic fields is faster, more energy efficient and spatially confined, making the investigation one of the most active research fields in solid-state physics and materials science. We propose a unique approach to this topic by exploiting the unique dielectric properties of quantum paraelectrics KTaO3 and SrTiO3 doped with S-state paramagnetic ions. Due to high lattice polarizability (permittivity up to 25000), a significant (up to two orders of magnitude) amplification of coupling of electron spins with electric field is anticipated for these ions. Particular attention will be given to electric dipole centers, where a strong interplay between spins and electric dipoles is expected. Using advanced magnetic resonance techniques at frequencies up to 1 THz, we also intend to shed light on the promising applications of these materials in quantum information processing, as a media for hosting spin-qubits that can be substantially more energy efficiently and coherently controlled by electric fields.
Keywords
spin-electric controlquantum paraelectricselectron paramagnetic resonancespin coherencespintronicsspin-qubitsquantum information processing
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
SGA0202300001
Main participants
Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
23-05578S
Alternative language
Project name in Czech
Řízení spinových qubitů v kvantových paraelektrikách pomocí elektrického pole
Annotation in Czech
Ovlivňování elektronových spinů pomocí elektrického pole je rychlejší, energeticky efektivnější a prostorově lépe definované než jejich řízení magnetickým polem. Proto je takový výzkum jedním z nejperspektivnějších v oboru pevných látek a v materiálových vědách. V tomto projektu navrhujeme využít unikátních dielektrických vlastností kvantových paraelektrik KTaO3 a SrTiO3 dopovaných paramagnetickými ionty s S elektronovými stavy. Díky vysoké polarizovatelnosti krystalové mříže (permitivita až 25000) očekáváme výrazné zesílení vazby spinů těchto iontů s elektrickým polem až o dva řády. Zvláštní pozornost budeme věnovat centrům příměsných iontů s elektrickým dipólem, kde očekáváme silnou korelaci spinů s elektrickými dipóly. Předpokládáme, že pomocí pokročilých technik magnetické rezonance s frekvencemi až do 1 THz se podaří použít tyto materiály pro zpracování kvantových informací i jako média hostující spinové qubity, které budou moci být koherentně a energeticky výhodněji řízeny elektrickým polem.
Scientific branches
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2023
Realization period - end
Dec 31, 2025
Project status
K - Ending multi-year project
Latest support payment
Apr 1, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GA-R
Data delivery date
Feb 21, 2025
Finance
Total approved costs
11,638 thou. CZK
Public financial support
10,122 thou. CZK
Other public sources
1,516 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
11 638 CZK thou.
Public support
10 122 CZK thou.
86%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Condensed matter physics (including formerly solid state physics, supercond.)
Solution period
01. 01. 2023 - 31. 12. 2025