Etats quantiques améliorés pour des nanoparticules de terres rares

Publié par Adrien le 07/10/2020 à 09:00
Source: CNRS INC
Les technologies quantiques optiques nous promettent des ordinateurs super puissants ou des communications ultra cryptées. Cependant, leur succès dépend de l'optimisation de matériaux bien particuliers. Des chercheurs de l'Institut de recherche 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 proches.) 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...) (CNRS/Université PSL/ Chimie ParisTech) ont ainsi mis au point (Graphie) une stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) de synthèse qui, combinée à des traitements thermiques et physico-chimiques bien précis, produit des nanoparticules de terres rares (Les terres rares sont un groupe de métaux aux propriétés voisines comprenant le scandium 21Sc, l'yttrium 39Y et les quinze lanthanides.) de grande qualité et présentant des durées de vie (La vie est le nom donné :) des états quantiques fortement améliorées. Cette étude, publiée dans la revue ACSNano, montre que la qualité des nanoparticules dépend d'un savant contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) des défauts cristallins.


Représentation de l'évolution de la morphologie des nanoparticules et des défauts cristallins en fonction des traitements thermiques et chimiques.
© Diana Serrano

L'utilisation des propriétés optiques quantiques des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) dans des domaines tels que le calcul quantique ou les communications quantiques est une véritable révolution technologique. Le dopage de cristaux par des ions de certains métaux connus sous le nom de terres rares permet de créer des matériaux aux propriétés quantiques optiques très prometteuses, notamment pour la transmission de l'information quantique par voie optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) ainsi que son stockage sur des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) records. La production de tels cristaux à l'échelle nanométrique est possible1 et permettrait de créer des dispositifs quantiques miniaturisés très recherchés. Malheureusement, cette miniaturisation s'accompagne souvent d'une perte de qualité des propriétés, notamment la durée de vie des états quantiques.

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...) 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, la recherche scientifique désigne...) de chimie Paris (CNRS/Université PSL/Chimie ParisTech) ont mis au point une stratégie qui permet de fortement améliorer ces propriétés pour des nanoparticules dopées aux ions de terres rares. Leur stratégie comprend la synthèse chimique de nanocristaux d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne...) d'yttrium (L’yttrium est un élément chimique, de symbole Y et de numéro atomique 39. L'yttrium est un élément de transition d'apparence...) dopés à l'europium (L'europium est un élément chimique, de symbole Eu et de numéro atomique 63.) suivie d'un traitement thermique (Le traitement thermique d'une pièce consiste à lui faire subir des transformations de structure grâce à des cycles prédéterminés de chauffage et de refroidissement afin d'en...) à haute température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) et sous plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes...) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.). On obtient ainsi des nanocristaux d'une grande perfection avec temps de vie des états quantiques jusque 5 fois supérieurs à ceux obtenus jusqu'ici pour les nanoparticules de terres rares. Ces nanoparticules présentent un grand intérêt dans des applications comme les mémoires quantiques à ions uniques, les processeurs quantiques ou les sources de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux...) uniques. Ce travail met aussi en évidence l'impact des défauts cristallins sur les propriétés des nanocristaux et les progrès que le savant contrôle de ces défauts pourrait engendrer.

Ces résultats ont été obtenus dans le cadre du projet européen FET-Open NanOQTech.

Note:
(1) https://inc.cnrs (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).).fr/fr/cnrsinfo/des-nanocristaux-dopes-par-des-ions-de-terres-rares-pour-les-technologies-quantiques

Référence:
S. Liu (Liu (chinois : 柳宿, pinyin : liǔ xiù) est une loge lunaire de l'astronomie chinoise. Son étoile référente (c'est-à-dire celle qui délimite la...), A. Fossati, D. Serrano, A. Tallaire, A. Ferrier et P. Goldner.
Defect Engineering for Quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit « quanta » au pluriel)...) Grade (Le mot grade a plusieurs significations :) Nanocrystals
ACS Nano - Juillet 2020
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c02971?ref=pdf
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