Des magnétomètres quantiques ultrasensibles en route vers l'industrie

Magnétomètres quantiques à usage industriel pour la nanoélectronique, l'analyse chimique et les essais de matériaux

13.04.2022 - Allemagne

Le Fraunhofer IAF développe des magnétomètres quantiques à base de diamant. Ils sont capables de détecter les champs magnétiques avec une résolution spatiale de quelques nanomètres, jusqu'aux spins électroniques et nucléaires uniques. En raison des propriétés physiques du matériau, les magnétomètres quantiques en diamant fonctionnent à température ambiante, ce qui est idéal pour les applications industrielles. Lors du LASER World of PHOTONICS de cette année, l'institut de recherche va présenter deux projets prometteurs.

À l'heure actuelle, les magnétomètres ne conviennent que de manière limitée à un usage industriel, car leur fonctionnement est complexe et, dans certains cas, n'est possible qu'avec un refroidissement extrême. En outre, leur résolution spatiale ou leur sensibilité est trop faible pour de nombreuses applications.

C'est pourquoi les chercheurs Fraunhofer de six instituts ont uni leurs forces dans le cadre du projet de magnétométrie quantique (QMag en abrégé) afin de développer des capteurs capables d'imager de minuscules champs magnétiques avec une résolution spatiale et une sensibilité sans précédent et à température ambiante. L'objectif de ce projet phare de Fraunhofer est de transférer la magnétométrie quantique de l'environnement de recherche universitaire à des applications industrielles concrètes : D'ici 2024, les partenaires du projet prévoient de réaliser des magnétomètres quantiques à usage industriel dans les domaines de la nanoélectronique, de l'analyse chimique et des essais de matériaux.

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Consortium de recherche Fraunhofer

Le projet QMag est financé à hauteur de 10 millions d'euros, partagés à parts égales par la Fraunhofer-Gesellschaft et le Land de Bade-Wurtemberg. Le Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF, le Fraunhofer Institute for Physical Measurement Techniques IPM et le Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM forment l'équipe centrale du consortium QMag. Trois autres instituts Fraunhofer apportent leurs compétences scientifiques et technologiques : L'Institut Fraunhofer de microtechnique et de microsystèmes IMM, l'Institut Fraunhofer de technologie des systèmes et dispositifs intégrés IISB et le Centre Fraunhofer de photonique appliquée CAP à Glasgow.

De grands progrès dans le développement des matériaux

Dans le cadre du projet QMag, deux systèmes sont testés. Ils sont basés sur les mêmes principes et méthodes de mesure physique, mais visent des applications différentes : D'une part, les chercheurs développent un magnétomètre à sonde de balayage d'imagerie basé sur des centres NV dans le diamant pour des mesures précises de circuits nanoélectroniques. D'autre part, ils réalisent des systèmes de mesure basés sur des magnétomètres à pompage optique (OPM) ultra-sensibles pour des applications dans le domaine des essais de matériaux et de l'analyse des processus.

"En ce qui concerne les magnétomètres à sonde à balayage, nous avons pu faire de grands progrès dans le développement et l'optimisation des pointes de capteur en diamant au cours de la première moitié du projet", indique le Dr Ralf Ostendorf, coordinateur du projet au QMag. Cela concerne à la fois la croissance de diamants de haute qualité et la génération et le placement ciblés de centres NV dans les pointes de diamant. En outre, les chercheurs ont développé des microlentilles et synthétisé des nanoparticules magnétiques qui sont introduites dans les pointes de diamant afin de les optimiser davantage en termes de précision et d'efficacité.

Mesurer les plus petits champs magnétiques avec du diamant et un laser

Le deuxième projet de recherche présenté par Fraunhofer IAF dans le domaine de la magnétométrie quantique vise des applications dans le diagnostic médical :

Dans le projet "NV-doped CVD diamond for ultra-sensitive laser threshold magnetometry" (DiLaMag en abrégé), une équipe étudie le développement d'un capteur extrêmement sensible qui peut, par exemple, mesurer les faibles champs magnétiques des activités cardiaques et cérébrales du corps humain. Ce capteur pourrait être utilisé pour détecter des maladies à un stade précoce.

"Notre objectif est de mettre au point un capteur de champ magnétique extrêmement sensible qui fonctionne à température ambiante ainsi que dans les champs de fond existants et qui est donc réalisable pour une mise en œuvre clinique", explique le Dr Jan Jeske, chef du projet DiLaMag.

Le monde LASER de PHOTONICS 2022

Le salon LASER World of PHOTONICS de cette année comportera pour la première fois une zone d'exposition consacrée aux technologies quantiques : Dans le World of Quantum (Hall A4), les instituts Fraunhofer IAF, IPM et IWM présenteront leur projet QMag. L'exposition conjointe présente des essais de matériaux avec des OPM.
Le Fraunhofer IAF présentera également ses travaux de recherche dans le domaine de la croissance du diamant ainsi que du diamant dopé NV et démontrera le principe de base de la mesure avec des diamants NV.

Le LASER World of PHOTONICS se tiendra à Munich du 26 au 29 avril 2022.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

https://www.chemeurope.com/fr/news/1175623/des-magnetometres-quantiques-ultrasensibles-en-route-vers-l-industrie.html