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Posté par Redbran le Mercredi 06/06/2018 à 12:00
Information quantique: les terres rares ont la vie longue !
Les systèmes nanométriques contrôlés par la lumière apportent des fonctionnalités clés aux technologies quantiques de communication, de calcul et de détection. Un défi majeur reste cependant d'étendre le temps pendant lequel ces systèmes peuvent être utilisés. Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique,...) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou...) Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents...) (CNRS/Université PSL/Chimie ParisTech) ont montré que les états quantiques de certaines terres rares (Les terres rares sont un groupe de métaux aux propriétés voisines comprenant le scandium 21Sc, l'yttrium 39Y et les quinze lanthanides.) insérées dans des nanoparticules peuvent être contrôlés optiquement et atteindre des durées de vie (La vie est le nom donné :) de plusieurs millisecondes à basse température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...). Cette possibilité remarquable pour un nanomatériau (Un nanomatériau est un matériau possédant des propriétés particulières à cause de sa structure nanométrique. Elle est habituellement issue de la...) pourrait permettre de concevoir de nouvelles interfaces pour les technologies quantiques. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.


©Philippe Goldner

Améliorer nos ordinateurs ou nos moyens de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...) passe aujourd'hui par les technologies quantiques. Les cristaux dopés par certains métaux appelés "terres rares" sont des candidats très prometteurs pour ces technologies car on peut maîtriser tant leurs propriétés optiques que de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre que sa masse et sa charge électrique. Comme la...) (une propriété magnétique interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme...) des particules capables de porter l'information quantique). Utile pour contrôler facilement, grâce à la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...), un ordinateur quantique (Un ordinateur quantique (ou rarement calculateur quantique) repose sur des propriétés quantiques de la matière : superposition et intrication d'états quantiques. De petits ordinateurs quantiques ont déjà été...) basé sur les spins ! Or, pour des ordinateurs quantiques encore plus puissants, il serait intéressant d'utiliser plutôt des cristaux de taille nanométrique, dans lesquels les états quantiques de spin avaient cependant jusque-là une faible durée de vie.

Des chercheurs de l'Institut de recherche de chimie Paris (CNRS/Université PSL/Chimie ParisTech) ont mesuré pour la première fois des états de spin dans des nanoparticules dopées par une terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par...) rare, l'europium. Ils ont obtenu des durées de vie de plusieurs millisecondes, sous un faible champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la...) et à basse température (-268 °C). Des valeurs record, proches des performances des cristaux massifs, qui permettent d'envisager des interfaces spin-lumière de taille nanométrique.

Ces résultats ont été obtenus dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) européen FET-Open NanOQTech.

Références publication:
D. Serrano, J. Karlsson, A. Fossati, A. Ferrier et P. Goldner
All-optical control of long-lived nuclear spins in rare-earth doped nanoparticles
Nature Communications ? Mai 2018
DOI: 10.1038/s41467-018-04509-w

Contacts chercheurs:
- Philippe Goldner, IRCP UMR8247, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) PSL, Chimie ParisTech
- Diana Serrano, IRCP UMR8247, Université PSL, Chimie ParisTech

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Source: CNRS-INC