“Exploitation des impuretés dans le diamant pour des mesures à l’échelle nanométrique”

Les Séminaires NUMEV sont ouverts à un large public d’étudiants, étudiantes, chercheurs et chercheuses de toutes disciplines, qui souhaitent en savoir plus sur les domaines de recherche actuels de la communauté NUMEV-MIPS (Mathématiques, Informatique, Physique et Systèmes) ou sur les possibilités de développer ses compétences et savoir-faire.

“Exploitation des impuretés dans le diamant pour des mesures à l’échelle nanométrique“

Isabelle Robert-Philip, CNRS – Université de Montpellier, Laboratoire Charles Coulomb

Les capteurs quantiques sont une famille émergente de capteurs fondés sur les principes de la mécanique quantique. Ces capteurs suscitent un intérêt croissant car leurs performances sont susceptibles de dépasser celles de leurs homologues classiques. Ils utilisent des objets quantiques individuels caractérisés par une sensibilité extrême à leur environnement. Un objet quantique emblématique dans ce domaine d’application est un défaut atomique dans le cristal de diamant, connu sous le nom de “centre NV” (pour Nitrogen-Vacancy). Ce défaut se comporte comme un atome isolé, mais il est niché dans une matrice du cristal de diamant. Au cours de cette présentation, nous expliquerons comment un tel défaut peut être utilisé pour créer un capteur très performant à l’échelle nanométrique, afin de sonder le champ magnétique, le champ électrique, la déformation ou la température. Nous illustrerons ensuite quelques domaines d’application de ce capteur, comme le domaine de la matière condensée moderne, pour laquelle ces capteurs sont en phase d’industrialisation, et le domaine plus exploratoire de l’imagerie biologique et de la recherche médicale.

“Exploiting impurities in diamond for nanoscale measurements“

Isabelle Robert-Philip, CNRS – Université de Montpellier, Laboratoire Charles Coulomb

Abstract

Quantum sensors are an emerging family of sensors based on the principles of quantum mechanics. These sensors are attracting growing interest because their performance is likely to surpass that of their classical counterparts. They use individual quantum objects characterized by an extreme sensitivity to their environment. An emblematic quantum object in this field of application is an atomic defect in the diamond crystal, known as the “NV center” (for Nitrogen-Vacancy). This defect behaves like an isolated atom, but is nestled within a diamond crystal matrix. During this presentation, we will introduce how such a defect can be used to create a high-performance sensor at nanoscales, to probe magnetic field, electric field, strain or temperature. We will then illustrate a few areas of application for this sensor. In particular, we will present two fields of application: modern condensed matter, for which these sensors are in the industrialization phase, and the more exploratory field of biological imaging and medical research.