La détection quantique via des spins isolés
Des chercheurs financés par l'UE se sont intéressés aux centres d'inoccupation de l'azote dotés d'une charge, afin de mieux comprendre leurs propriétés quantiques. Ils ont constaté qu'il était possible de manipuler et tester à température normale les propriétés quantiques de ces impuretés, hébergées dans des diamants de synthèse. Le fait de baser les mesures sur des propriétés comme la différence entre des états quantiques bien définis permet d'atteindre une précision sans précédent. Les chercheurs du projet QUANTUM METROLOGY (Measuring magnetic monopoles using quantum metrology in diamond) ont basé leurs systèmes de détection quantique sur des magnétomètres. Les centres d'inoccupation de l'azote ont des niveaux d'énergie quantifiés, qui se divisent en présence de champs magnétiques. Ce changement peut être mesuré afin d'évaluer l'intensité du champ appliqué. Ces centres présentent un intérêt unique, celui d'une lecture optique par résonance magnétique à détection optique. Les scientifiques de QUANTUM METROLOGY ont utilisé un rayon laser pour placer les systèmes atomiques dans un état d'énergie bien connu, contrôlant la cohérence de l'état par des rayonnements électromagnétiques. Ils ont utilisé la fluorescence pour effectuer les mesures à l'échelle nanométrique, ce qui pourrait servir à imager la structure de molécules. Les scientifiques ont évalué les performances de leur système en imageant en 3D le spin des électrons près de la surface d'un diamant. Ils ont atteint une résolution sans précédent de 0,8 nm, et une sensibilité au niveau du spin isolé. Cette nouvelle technique permet de déterminer l'emplacement de marquages au spin dans des systèmes biologiques. Par ailleurs, son application à la magnétométrie permet de dépasser la précision du nanoTesla dans la mesure du vecteur champ magnétique. Pour l'année qui vient, cette précision est le but ultime du projet QUANTUM METROLOGY.
Mots‑clés
Spin isolé, centre d'inoccupation de l'azote, diamant, monopôle magnétique, métrologie quantique
