Voir clair dans un nouveau royaume - des chercheurs protègent une nouvelle génération de microscopie quantique
"Ce qui a commencé comme un ennui expérimental a fini par être un indice d'une capacité de notre microscope qui est unique parmi les alternatives actuelles".
Alors que l'informatique quantique semble être l'article vedette parmi les technologies en développement basées sur le comportement de la matière et de l'énergie au niveau atomique et subatomique, une autre direction promet d'ouvrir une nouvelle porte pour la recherche scientifique elle-même : la microscopie quantique.
Une impression d'artiste d'un microscope quantique pour l'étude des réactions chimiques et l'identification de l'origine moléculaire.
Dr Mehran Kianinia
Avec l'avancée des technologies quantiques, de nouvelles modalités de microscopie deviennent possibles - celles qui peuvent voir les courants électriques, détecter les champs magnétiques fluctuants, et même voir des molécules uniques sur une surface.
Un prototype de ce type de microscope, qui présente une sensibilité de haute résolution, a été mis au point par une équipe de recherche australienne dirigée par le professeur Igor Aharonovich de l'Université de technologie de Sydney et le Dr Jean-Philippe Tetienne de l'Université RMIT. Les résultats de l'équipe ont été publiés dans Nature Physics.
Le microscope quantique est basé sur des impuretés atomiques qui, après avoir été éclairées par un laser, émettent une lumière qui peut être directement liée à des quantités physiques intéressantes telles que le champ magnétique, le champ électrique ou l'environnement chimique à proximité du défaut.
Selon le professeur Aharonovich, l'ingéniosité de cette nouvelle approche réside dans le fait que, contrairement aux cristaux volumineux souvent utilisés pour la détection quantique, l'équipe de recherche a utilisé des couches atomiquement fines, appelées nitrure de bore hexagonal (hBN).
"Ce matériau de Van der Waals - c'est-à-dire constitué de couches bidimensionnelles fortement liées - peut être rendu très fin et se conformer à des surfaces arbitrairement rugueuses, ce qui permet une sensibilité à haute résolution", a déclaré le professeur Aharonovich.
Ces propriétés nous ont conduit à l'idée d'utiliser des feuilles hBN "quantiquement actives" pour effectuer de la microscopie quantique, qui est essentiellement une technique d'imagerie utilisant des réseaux de capteurs quantiques pour créer des cartes spatiales des quantités auxquelles ils sont sensibles", a déclaré le Dr Tetienne.
"Jusqu'à présent, la microscopie quantique était limitée dans sa résolution spatiale et sa flexibilité d'application par les problèmes d'interface inhérents à l'utilisation d'un capteur tridimensionnel volumineux. En utilisant plutôt un capteur de van der Waals, nous espérons étendre l'utilité de la microscopie quantique à des domaines qui étaient auparavant inaccessibles."
Pour tester les capacités du prototype, l'équipe a effectué une détection quantique sur un matériau magnétique technologiquement pertinent - un flocon de CrTe2, un ferromagnétique de van der Waals dont la température critique est juste supérieure à la température ambiante.
Le microscope quantique basé sur le hBN a permis d'obtenir des images des domaines magnétiques du ferromagnétique, à proximité du capteur à l'échelle nanométrique et dans des conditions ambiantes, ce que l'on pensait impossible à ce jour.
De plus, en utilisant les propriétés uniques des défauts hBN, une carte de température simultanée a été enregistrée, confirmant que le microscope peut être utilisé pour réaliser une imagerie corrélative entre les deux quantités.
Les auteurs principaux de l'article de Nature Physics, les doctorants Alex Healey (Université de Melbourne) et Sam Scholten (Université de Melbourne), et le chercheur en début de carrière Tieshan Yang (UTS), ont déclaré que la nature de van der Waals du capteur avait permis la double détection des propriétés magnétiques et de la température.
"Comme il est très fin, peu de chaleur peut se dissiper à travers lui et toute distribution de température qui existe est la même que si le capteur n'était pas là", ont-ils déclaré. "Ce qui a commencé comme une gêne expérimentale a fini par être un indice vers une capacité de notre microscope qui est unique parmi les alternatives actuelles."
"Il y a un énorme potentiel pour cette nouvelle génération de microscopie quantique", a déclaré le Dr Mehran Kianinia, chercheur principal à l'UTS. "Non seulement il peut fonctionner à température ambiante et fournir des informations simultanées sur la température, les champs électriques et magnétiques, mais il peut être intégré de manière transparente dans des dispositifs à l'échelle nanométrique et résister à des environnements très difficiles, car le hBN est un matériau très rigide".
"Les principales applications futures comprennent l'IRM (imagerie par résonance magnétique) et la RMN (résonance magnétique nucléaire) haute résolution qui peuvent être utilisées pour étudier les réactions chimiques et identifier les origines moléculaires, ainsi que des applications dans l'espace, la défense et l'agriculture où la télédétection et l'imagerie sont essentielles."
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.
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