Les défauts dans les centres des diamants aident à mesurer les champs électriques
Les scientifiques reconnaissent l'importance du rôle des champs électriques dans la nature et les domaines techniques. En ajustant ces champs, la transmission d'impulsions nerveuses devient possible et le fonctionnement de stockage de données moderne est géré par des charges électriques économiques (les mémoires flash). Les chercheurs n'ont cependant pas pu obtenir de lecture ultra-précise des champs électriques à l'aide des techniques de mesures physiques; du moins, jusqu'à aujourd'hui. Grâce à un seul point de défaut dans un diamant, les scientifiques de l'université de Stuttgart, en Allemagne, sont parvenus à mesurer ces champs électriques. Cette étude, partiellement financée par l'UE, est présentée dans la revue Nature Physics. Les charges électriques utilisent plusieurs façons pour contrôler près de 100% des processus physiques, chimiques ou biologiques. Il s'agit notamment de l'ADN (acide désoxyribonucléique) et de la distribution exacte des électrons sur ce dernier. Cette distribution est essentielle pour la transmission précise des informations génériques, et les circuits électriques modernes déclenchent des courants électriques dans les électrons uniques. D'après les experts, mesurer des champs électriques mineurs liés à la charge n'est pas une tâche facile. Ainsi, l'équipe de Stuttgart a conçu un nouveau détecteur qui consiste en un seul atome. Cet atome d'azote est une impureté capturée dans les diamants. L'équipe explique que la structure de diamants «fixe» l'atome et permet au laser de traiter uniquement du centre du vide nucléaire. «L'interaction de l'atome avec le champ mesuré peut être déterminée par une lumière émise par l'impureté; ainsi, on peut mesurer des champs électriques qui sont tout juste une fraction du champ électrique d'une charge élémentaire dans une distance de 0,1 micromètre», expliquent les scientifiques. Le capteur étant de la taille d'un atome, les scientifiques peuvent mesurer les champs électriques avec la même précision spatiale. La lecture optique générée par le capteur permet de le placer dans toute géométrie. Ce processus atteint également sa sensibilité et sa résolution optimales à température et dans des conditions ambiantes. Les chercheurs sont parvenus à démontrer l'existence de petits champs magnétiques, mais ces résultats récents qui associent les techniques de mesure permettent de mesurer les champs magnétiques et électriques en un seul point sans changer le capteur, comme l'explique l'équipe. Grâce à ces développements, des applications nouvelles et innovantes pourront et vont voir le jour. Mesurer la distribution des moments magnétiques des noyaux des composés chimique simultanément est un exemple, qui selon les chercheurs ajoutent à la structure d'une substance et permettent de mesurer sa réactivité chimique simultanément. «La capacité à détecter de manière sensible des charges individuelles dans des conditions ambiantes profitera à de nombreuses applications dans plusieurs disciplines», expliquent les auteurs. «Cependant, les techniques les plus courantes se limitent aux méthodes à basse température telles que les transistors à un seul électron, la microscopie de la force électrostatique à un seul électron et la microscopie de perforation par dépistage. Nous présentons ici une technique de métrologie quantique démontrant des mesures des champs électriques en trois dimensions à l'aide du spin du centre de défaut d'azote dans un diamant». Un financement partiel pour l'étude provenait des projets européens suivants: QAP («Qubit applications»), qui a reçu 9,9 millions d'euros au titre du domaine thématique Technologies de la société de l'information (TSI) du sixième programme-cadre (6e PC); EQUIND («Engineered quantum information in nanostructured diamond»), qui a reçu 1,66 million d'euros au titre du domaine TSI du 6e PC; NEDQIT («Nanoengineered diamond for quantum information technology»), un projet d'ERA-NET NANO-SCI; et SOLID («Solid state systems for quantum information processing»), soutenu à hauteur de 5 millions d'euros au titre du thème Technologies de l'information et de la communication (TIC) du septième programme-cadre de l'UE (7e PC).Pour de plus amples informations, consulter: Université de Stuttgart: http://www.uni-stuttgart.de/home/index.en.html Revue Nature Physics: http://www.nature.com/nphys/index.html
Pays
Allemagne