Centra z udziałem metali przejściowych w półprzewodnikach o szerokiej przerwie energetycznej wykazują stan podstawowy o charakterze paramagnetycznym, co czyni je obiecującymi kandydatami do zastosowań w nanofotonice i przetwarzaniu informacji kwantowej. Szczególne zainteresowanie budzi obecnie odkrywanie defektów spinowych o właściwościach paramagnetycznych, które można kontrolować za pomocą metod optycznych.

W prezentowanej pracy badamy strukturę elektronową oraz właściwości magneto-optyczne centrów chromu (Cr) i manganu (Mn) podstawionych w strukturze wurcytu azotku glinu (AlN) i azotku galu (GaN). W tym celu wykorzystujemy zaawansowane obliczenia w ramach hybrydowej teorii funkcjonału gęstości (hybrid DFT), aby określić strukturę poziomów energetycznych, stabilność, optyczne sygnatury oraz właściwości magnetyczne tych centrów.

Energie wzbudzeń zostały wyznaczone za pomocą metody wymuszonego obsadzenia (constrained occupation) i dokładnie zweryfikowane przy użyciu metody oddziaływań konfiguracyjnych z kompletną przestrzenią aktywną (CAS-CI). Symulacje widm fotoluminescencyjnych wykazały, że centra Cr¹⁺ w AlN (Cr¹⁺₍Al₎) oraz Cr¹⁺ w GaN (Cr¹⁺₍Ga₎) są odpowiedzialne za obserwowaną wąską emisję kwantową w okolicach 1,2 eV.

Dodatkowo obliczyliśmy parametry rozszczepienia w zerowym polu magnetycznym (ZFS) oraz zaproponowaliśmy protokół optycznej polaryzacji spinowej dla Cr¹⁺₍Al₎ i Cr¹⁺₍Ga₎. Nasze wyniki pokazują, że te centra są obiecującymi kandydatami do zastosowań jako kubity spinowe w technologiach kwantowych.