Capteur quantique pour le monde atomique
Un potentiel révolutionnaire
Une équipe internationale de chercheurs du Forschungszentrum Jülich (Allemagne) et de l'IBS Center for Quantum Nanoscience (QNS) (Corée) a mis au point un capteur quantique capable de détecter des champs magnétiques infimes à l'échelle atomique, ce qui constitue une percée scientifique. Ce travail de pionnier réalise un rêve de longue date des scientifiques : un outil semblable à l'IRM pour les matériaux quantiques.
L'équipe de recherche a utilisé l'expertise du groupe de Jülich en matière de fabrication ascendante de molécules uniques tout en menant des expériences au QNS, en utilisant les instruments de pointe et le savoir-faire méthodologique de l'équipe coréenne, afin de mettre au point le premier capteur quantique au monde pour le monde atomique.
Le diamètre d'un atome est un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu humain. Il est donc extrêmement difficile de visualiser et de mesurer avec précision des grandeurs physiques telles que les champs électriques et magnétiques émergeant des atomes. Pour détecter des champs aussi faibles à partir d'un seul atome, l'outil d'observation doit être extrêmement sensible et aussi petit que les atomes eux-mêmes.
Un capteur quantique est une technologie qui utilise des phénomènes mécaniques quantiques tels que le spin d'un électron ou l'enchevêtrement d'états quantiques pour effectuer des mesures précises. Plusieurs types de capteurs quantiques ont été développés ces dernières années. Bien que de nombreux capteurs quantiques soient capables de détecter des champs électriques et magnétiques, on pensait que la résolution spatiale à l'échelle atomique ne pouvait pas être maîtrisée simultanément.
Une nouvelle approche pour une meilleure résolution
Le succès du nouveau capteur quantique à l'échelle atomique réside dans l'utilisation d'une seule molécule. Il s'agit d'une méthode de détection différente sur le plan conceptuel, car la fonction de la plupart des autres capteurs repose sur un défaut - une imperfection - d'un réseau cristallin. Comme ces défauts ne développent leurs propriétés que lorsqu'ils sont profondément enfoncés dans le matériau, le défaut - capable de détecter des champs électriques et magnétiques - restera toujours à une distance assez grande de l'objet, ce qui l'empêchera de voir l'objet réel à l'échelle d'un seul atome.
L'équipe de recherche a changé d'approche et mis au point un outil qui utilise une molécule unique pour détecter les propriétés électriques et magnétiques des atomes. La molécule est attachée à la pointe du microscope à effet tunnel et peut être amenée à quelques distances atomiques de l'objet réel.
Taner Esat, auteur principal de l'équipe de Jülich, a exprimé son enthousiasme quant aux applications potentielles : "Ce capteur quantique change la donne, car il fournit des images de matériaux aussi riches qu'une IRM et établit en même temps une nouvelle norme pour la résolution spatiale des capteurs quantiques. Il nous permettra d'explorer et de comprendre les matériaux à leur niveau le plus fondamental". La collaboration à long terme repose sur le Dr Esat, précédemment post-doctorant au QNS, qui est retourné à Jülich où il a conçu cette molécule de détection. Il a choisi de revenir au QNS pour un séjour de recherche afin de prouver cette technique en utilisant les instruments de pointe du centre.
Le capteur a une résolution énergétique qui permet de détecter des changements dans les champs magnétiques et électriques avec une résolution spatiale de l'ordre d'un dixième d'angström, 1 Ångström correspondant typiquement à un diamètre atomique. En outre, le capteur quantique peut être construit et mis en œuvre dans des laboratoires existants du monde entier.
Le capteur a une résolution énergétique qui permet de détecter des changements dans les champs magnétiques et électriques avec une résolution spatiale de l'ordre d'un dixième d'angström, 1 Ångström correspondant généralement à un diamètre atomique. En outre, le capteur quantique peut être construit et mis en œuvre dans les laboratoires existants du monde entier.
"Ce qui rend cette réalisation si remarquable, c'est que nous utilisons un objet quantique d'une conception exquise pour résoudre les propriétés atomiques fondamentales à partir de la base. Les techniques précédentes de visualisation des matériaux utilisent des sondes volumineuses et encombrantes pour tenter d'analyser de minuscules caractéristiques atomiques", souligne l'auteur principal de QNS, le Dr Dimitry Borodin. "Il faut être petit pour voir petit".
Ce capteur quantique révolutionnaire est sur le point d'ouvrir des voies transformatrices pour l'ingénierie des matériaux et des dispositifs quantiques, la conception de nouveaux catalyseurs et l'exploration du comportement quantique fondamental des systèmes moléculaires, comme en biochimie.
Un potentiel révolutionnaire
Comme l'a fait remarquer Yujeong Bae, chercheur principal de QNS pour ce projet, "la révolution des outils d'observation et d'étude de la matière émerge de la science fondamentale accumulée". Comme l'a dit Richard Feynman, "il y a beaucoup de place en bas", le potentiel de la technologie de manipulation au niveau atomique est infini. Le professeur Temirov, chef du groupe de recherche à Jülich, ajoute : "Il est passionnant de voir comment nos travaux de longue date sur la manipulation moléculaire ont abouti à la construction d'un dispositif quantique record."
Les résultats de la recherche ont été publiés dans Nature Nanotechnology. La mise au point de ce capteur quantique à l'échelle atomique marque une étape importante dans le domaine de la technologie quantique et devrait avoir des répercussions considérables dans diverses disciplines scientifiques.
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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