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Sensibilité record pour la Résonance de spin électronique (RSE ou RPE)


​Un bond de sensibilité d’un facteur dix-mille a été obtenu par une équipe de l’Iramis pour une technique très utilisée par les chimistes et les biologistes, la RSE ou RPE (résonance paramagnétique électronique). La RSE devient détectable dans des échantillons nanométriques, l’objectif ultime étant la détection de spin unique.

Publié le 16 décembre 2015
La RSE ou RPE est une technique d’analyse apparentée à la RMN, qui s’applique aux spins électroniques et non pas aux noyaux atomiques. Elle permet notamment d’identifier les électrons non appariés dans les molécules. En ramenant sa sensibilité de 107 spins à 2000, les chercheurs de l’Iramis ont réussi à éliminer le bruit thermique du signal et à accéder aux fluctuations d’origine quantique.

Leur dispositif expérimental est constitué d'un micro-résonateur supraconducteur de très haut facteur de qualité, couplé de manière inductive aux spins électroniques d’atomes de bismuth implantés dans du silicium. Le signal microonde émis est capté par un amplificateur paramétrique Josephson ultra-bas bruit, spécialement développé à cet effet. L'ensemble est placé dans un réfrigérateur à dilution permettant d'atteindre une température de 10 mK.

L'objectif du projet est de pousser la sensibilité de la méthode à sa limite quantique ultime, c’est-à-dire la détection d’un unique spin électronique. Cet exploit permettrait la spectroscopie RSE de molécules uniques et constituerait un tout premier pas vers le développement d’un processeur quantique à base de spins individuels intriqués et mesurés par des circuits électriques supraconducteurs.

Ces travaux ont été menés en collaboration avec University College London, l’Institut d’électronique, de micro-électronique et de nanotechnologie de Villeneuve d’Ascq, le Lawrence Berkeley National Laboratory (États-Unis), l’Université Simon Fraser (États-Unis) et l’Université Aarhus (Danemark).

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