Des diamants « parfaitement imparfaits » pour la réalisation de capteurs quantiques

21 janvier 2021 par Webmaster [TheChamp-Sharing]
Le projet e-DIAMANT est lauréat de l’appel EQUIPEX+ (investissements d’avenir) qui vise à financer de grands équipements structurants pour la recherche. e-DIAMANT a pour ambition de positionner la France comme un leader mondial de la fabrication de capteurs en diamant et ainsi soutenir les grands enjeux actuels dans le domaine des technologies quantiques. L’Institut de Recherche de Chimie Paris (Chimie ParisTech) est partenaire de ce projet et bénéficiera d’un financement pour le développement d’un équipement visant à améliorer les propriétés quantiques des diamants par un post-traitement par irradiation ionique.

Apprécié comme pierre gemme, le diamant est également un matériau fascinant pour les scientifiques. Du fait de ses propriétés physiques exceptionnelles, il possède en effet un énorme potentiel industriel comme cristal massif ou sous forme de couches minces synthétiques. L’introduction de manière contrôlée d’impuretés dans son réseau de carbone conduit à la création de centres colorés qui ont révolutionné le domaine des technologies quantiques. L’un de ces défauts, connu sous l’acronyme « NV » pour Nitrogen-Vacancy (azote-lacune en français) présente des niveaux d’énergie de spin qui sont aisément manipulables au moyen de rayonnements lumineux ou micro-onde. Les durées de vie de ces états (temps de cohérence) peuvent atteindre quelques millisecondes à température ambiante ce qui peut paraitre peu, mais permet de mettre en œuvre un grand nombre de fonctionnalités quantiques. La grande sensibilité de ce système à son environnement peut ainsi être mise à profit pour la réalisation de capteurs de champ magnétique, électrique ou thermique avec une sensibilité inégalée en comparaison aux systèmes classiques actuels. Ces propriétés uniques parmi les matériaux à l’état solide aujourd’hui étudiés, permettraient d’adresser des domaines d’activité aussi divers que les communications, la santé, la sécurité et les sciences fondamentales.

La mise au point de tels diamants « parfaitement imparfaits » de manière reproductible et adaptée au développement de ces dispositifs est cependant un défi majeur. Le consortium e-DIAMANT vise à couvrir toute la chaîne de valeur, depuis le matériau de base synthétisé par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) jusqu’au composant final. Des moyens technologiques importants seront mobilisés pour la mise en forme par découpe laser, la création de défauts par implantation, la nanostructuration de la surface, l’évaluation des propriétés optiques et l’intégration dans des magnétomètres. Les performances de ceux-ci seront mises à l’épreuve dans de nouveaux domaines de la physique : spintronique, nanomagnétisme, physique des hautes pressions et sciences de la Terre. Grâce à des partenariats industriels, l’objectif est de faire de la France un leader mondial du diamant pour les capteurs quantiques avec une grande autonomie dans un paysage extrêmement concurrentiel.

Le projet s’appuie sur l’expertise de 10 partenaires académiques dont l’IRCP (Chimie ParisTech) et 1 industriel. Il s’étalera sur une durée de 6 ans avec une première phase de 2 ans consacrée à l’installation des équipements et à leur développement éventuel, suivie d’une phase d’exploitation de 4 ans pour un budget total de 8114 k€. Le projet est porté par l’ENS Paris-Saclay et coordonné par J.F. Roch.

Contact : Alexandre Tallaire –