Vers un couplage fort dans des diamants microscopiques

Un groupe de chercheurs du LPA (ENS-PSL / Sorbonne Université) a mesuré les échos de spin et les interférences de Ramsey des électrons incorporés dans les centres de lacunes d’azote (NV) d’un diamant en lévitation. Ces mesures ont montré un temps de cohérence important entre les spins électroniques et une stabilité angulaire élevée du diamant, ce qui constitue un pas important vers l’étude du couplage fort entre les spins NV et les modes de rotation d’un diamants.

Si les diamants sont connus comme des pierres précieuses, les physiciens de la dernière décennie ont trouvé une autre raison d’être enthousiasmés par ces structures de carbone : les sites cristallographiques vides peuvent être remplis par d’autres atomes que le carbone, et de manière contrôlée. Lorsqu’ils sont insérés, les atomes d’azote s’associent à un vide d’atome voisin, ce qui crée un système isolé à deux niveaux qui peut être étudié pour tester la mécanique quantique sur divers aspects.

Un groupe de chercheurs du Laboratoire Pierre Aigrain a piégé un micro diamant avec de tels centres NV dans un piège Paul, à la fois dans les conditions atmosphériques et sous un vide poussé. En utilisant les séquences d’écho de spin, ils ont montré que la durée de vie de l’état excité (également appelé T1) peut atteindre quelques millisecondes. De même, le temps de cohérence (appelé T2 *) mesuré grâce à l’interférométrie de Ramsey est aussi long que le T2 * d’un diamant libre. Le champ électrique élevé du piège Paul ne modifie pas la durée de vie ou le temps de cohérence des spins NV.

Des manipulations cohérentes des spins NV dans un champ magnétique fournissent des informations sur le mouvement de rotation du diamant. Étonnamment, les chercheurs ont identifié un régime où le piège de Paul stabilise fortement le mouvement de rotation du système de lévitation dans des conditions atmosphériques et sous vide. Cette configuration est une plate-forme robuste pour la manipulation précise d’un système de lévitation.

Publiée dans Physical Review Letters, cette démonstration de la stabilité angulaire ouvre la voie à un couplage fort au degré de liberté en rotation. Après des améliorations techniques, il pourrait donner des résultats en matière d’interférométrie par ondes de matière ou de détection de la gravité quantique.

Référence article : Physical Review Letters

Contact Chercheur :

Contact communication :