e-DIAMANT
Réseau technologique pour les applications scientifiques et industrielles des capteurs diamant
Porteurs
Jean-François Roch, ENS Paris Saclay
Aperçu
EquipEx+
e-DIAMANT fédère le savoir-faire et l’expertise des 11 partenaires pour créer des échantillons de diamant optimisés pour les applications quantiques, en exploitant en particulier les défauts structurels du diamant comme des capteurs quantiques à base d’atomes artificiels.
Mots-clés : Centres NV du diamant, capteurs quantiques, implantation d’ions, microcavités optiques, nano-magnétisme, paléo-magnétisme, physique des hautes pressions
En résumé
Le centre NV du diamant est constitué d’un atome d’azote en substitution associé à une lacune. Parmi les quelques centaines ou plus de défauts existants dans le diamant, le centre NV possède des propriétés uniques. Il offre en effet la possibilité de manipuler de manière cohérente des spins électroniques à l’état solide et ce, à température ambiante, et d’en avoir une lecture optique directe. Comme le couplage du spin à un champ magnétique externe modifie son état, le centre NV se comporte comme un atome, avec une sensibilité au champ magnétique de quelques nT et une résolution spatiale à l’échelle du nanomètre.
L’étude de ce système et le développement des premiers dispositifs ont déjà ouvert de nouveaux champs d’investigation dans des domaines très variés. Les champs magnétiques existant presque partout, l’utilisation du centre NV comme capteur magnétique peut apporter des solutions à des besoins sociétaux et économiques pour lesquels il n’existe pas encore d’approche viable. Citons par exemple :
- La possibilité de caractériser de nouvelles structures de la matière condensée comme celles développées pour la spintronique.
- Elucider les structures chimiques en extrayant la résonance magnétique nucléaire (RMN) d’entités moléculaires uniques ouvrira de nouvelles possibilités pour le développement de médicaments et le diagnostic de maladies.
- Mettre en évidence des phénomènes de supraconductivité à température ambiante, en surveillant les nouveaux états de la matière créés en appliquant des pressions allant jusqu’à 600 GPa.
- Effectuer des mesures magnétiques pour contribuer au progrès des sciences de la Terre et des planètes.
Au-delà de ces champs d’investigation, il en reste probablement encore beaucoup d’autres à découvrir et à inventer. Le projet e-DIAMANT utilisera le savoir-faire et l’expertise complémentaire des partenaires pour créer un ensemble d’outils permettant d’obtenir un matériau diamant ayant un niveau de défauts contrôlé, un design et des dimensions optimisées.
Défis
- Faire de la France un fournisseur mondial de premier plan de diamants pour les applications scientifiques, utiles aux capteurs classiques et quantiques. En particulier, les échantillons étudiés, fabriqués et caractérisés par cette nouvelle plateforme de technologie permettront de développer des capteurs quantiques dotés de nouvelles fonctionnalités de détection.
Tâches
- Nœud 1 : Croissance et découpe du diamant
- Nœud 2 : Post-traitements pour l’amélioration des défauts quantiques du diamant
- Nœud 3 : Positionnement spatial précis des défauts du diamant
- Nœud 4 : Nano-structuration du diamant
- Nœud 5 : Contrôle de la position et qualité des défauts du diamant
- Nœud 6 : Applications aux mesures magnétiques et autres nouvelles fonctionnalités
Le consortium
- CEA-LIST (Institut Carnot / Université Paris-Saclay / Université Grenoble Alpes)
- Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N, CNRS / Université Paris-Saclay)
- Centre de Recherche et d’Enseignement des Géosciences de l’Environnement (CEREGE, Aix-Marseille Université / CNRS / INRAE / IRD)
- Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (CIMAP, CEA / CNRS / ENISCAEN / Université Caen Normandie)
- Groupe d’études de la matière condensée (GEMaC, CNRS / Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines)
- Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP, Chimie ParisTech-PSL / CNRS)
- Institut Fonctions Optiques pour les Technologies de l’information (Institut FOTON, CNRS / INSA Rennes / Université de Rennes)
- Institut Jean Lamour (IJL, CNRS / Université de Lorraine)
- Laboratoire Albert Fert (LAF, CNRS/ Thales)
- Laboratoire de Probabilités, Statistique et Modélisation (LPSM, CNRS / Sorbonne Université / Université Paris Cité)
- Laboratoire Lumière-Matière aux Interfaces (LUMIN, CNRS / ENS Paris-Saclay / Université Paris-Saclay)