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La spintronique et la nouvelle génération d’IRM rendues possibles grâce à des capteurs à base de diamants

Capables de mesurer les champs magnétiques avec une précision jamais atteinte, les capteurs développés dans le cadre du projet DIADEMS sont en voie de commercialisation. La technologie a déjà donné naissance à quatre start-ups.
La spintronique et la nouvelle génération d’IRM rendues possibles grâce à des capteurs à base de diamants
Le projet DIADEMS a réalisé des progrès considérables depuis 2016 quand CORDIS s’y est intéressé la première fois. À l’époque, l’objectif du consortium était d’utiliser des diamants artificiels pour détecter les champs magnétiques à l’échelle nanométrique. Arrivé à son terme, le projet DIADEMS a dépassé toutes les attentes et des applications commerciales – en même temps qu’un potentiel nouveau projet – sont en route.

Les capteurs DIADEMS fonctionnent à partir du centre coloré «azote-lacune» (NV) des diamants artificiels ultra purs: Un unique atome de carbone dans un diamant monocristallin ultra pur est remplacé par un atome d’azote et le réseau vide voisin créé un centre d’azote-lacune (NV). Ce qui permet ensuite le développement de magnétomètres à l’échelle atomique de très haute sensibilité destinés à différentes applications.

«Une de ces applications est un imageur magnétique à champ large pour la surveillance des circuits électroniques. Il s’agit d’un nouvel outil très pratique à utiliser, car fonctionnant à température et dans les conditions atmosphériques ambiantes», explique Thierry Debuisschert, coordinateur du projet DIADEMS pour Thales Research & Technology.

«Parmi les autres applications, on trouve la caractérisation expérimentale des têtes de lecture/écriture pour les disques durs haute densité visant à augmenter leur capacité, la résonance magnétique nucléaire (RMN), plus économique, qui augmente la sensibilité et réduit le champ magnétique dans les appareils IRM, les nouveaux dispositifs photoniques augmentant l’efficacité de détection de la fluorescence NV, un analyseur de spectre pour la gamme de fréquence GHz et la caractérisation des domaines dans les matériaux antiferromagnétiques.»

Avec un tel potentiel, il n’est pas surprenant de voir des projets annexes essaimer à travers toute l’Europe. Par exemple, Attocube Systems, un partenaire du projet, développe actuellement, pour un usage commercial, une combinaison de la force atomique avec un microscope confocal en utilisant un unique centre NV comme capteur. Element 6, un autre partenaire du projet, a déjà enrichi son portefeuille avec les matériaux avancés basés sur les centres NV. «Au total, quatre start-ups ont également été lancées par des partenaires du projet: NVision, SQUTEC, QNAMI et QZABRE», explique Thierry Debuisschert.

«Nous avons été très actifs depuis la fin du projet», ajoute-t-il. «Nous cherchons à améliorer la bande passante, la sensibilité et la résolution, et nous cherchons également de nouvelles applications comme la caractérisation des antennes micro-ondes ou les capteurs haute sensibilité basés sur les résonateurs optiques des diamants.»

Le consortium a également soumis une nouvelle proposition de financement supplémentaire auprès dans le cadre d’Horizon 2020, actuellement en cours d’évaluation, avec un triple objectif: développer des applications avancées basées sur la mesure du champ magnétique pour des applications comme les véhicules électriques, le diagnostic précoce des maladies, la biologie, la robotique et la gestion des communications sans fil. Il cherche également à créer de nouvelles applications de détection pour détecter la température dans une cellule, surveiller les nouveaux états de la matière sous haute pression et détecter les champs électriques avec une sensibilité ultime. Enfin, il cherche à créer de nouveaux outils de mesure pour élucider la structure chimique de molécules uniques par RMN pour l’industrie pharmaceutique ainsi que la structure des dispositifs spintroniques à l’échelle du nanomètre.

«Ce nouveau projet développerait les outils nécessaires pour atteindre ces objectifs: un matériau de diamant de la plus haute qualité avec un taux d’impuretés ultra faible, des protocoles avancés pour éliminer le bruit résiduel dans les schémas de détection et une ingénierie optimisée pour des dispositifs miniaturisés et efficaces», souligne Thierry Debuisschert. Il espère que ces applications verront le jour pendant la période du calendrier FET de l’EU où les technologies quantiques sont à l’honneur.

Mots-clés

DIADEMS, capteurs, spintronique, IRM, diamant, champs magnétiques