Dans le cadre de recherches intéressantes, les découvertes provenant de raisins ordinaires de supermarché ont conduit les chercheurs à améliorer les performances des capteurs quantiques.
L’étude révèle que les paires de raisins génèrent des points chauds de champ magnétique localisés pour les micro-ondes, facilitant ainsi le développement de capteurs quantiques compacts et rentables.
Les travaux de l’équipe de l’Université Macquarie à Sydney s’appuient sur des vidéos virales de raisins produisant du plasma, des particules chargées et lumineuses, dans des fours à micro-ondes.
« Alors que des études précédentes examinaient les champs électriques provoquant l’effet plasma, nous avons montré que les paires de raisins peuvent également améliorer les champs magnétiques, qui sont cruciaux pour les applications de détection quantique », a déclaré Ali Fawaz, doctorant en physique quantique à l’Université Macquarie et auteur principal, dans une déclaration.
Amélioration du champ magnétique
Le raisin est un fruit populaire aux nombreux bienfaits pour la santé. Depuis que des étincelles ont été observées pour la première fois entre deux morceaux de raisin dans un four à micro-ondes en 1994, elles sont devenues essentielles à l’étude d’un problème de physique fascinant.
La recherche montre que les paires de raisins, ou des structures similaires à base d’eau, agissent comme des résonateurs micro-ondes, piégeant les champs électriques en raison de leur forme et de leur permittivité élevée. Des étincelles se produisent lorsque le plasma se forme à partir des ions métalliques présents dans les raisins. Selon l’équipe, le phénomène a inspiré l’exploration d’applications techniques nécessitant une forte amélioration du champ micro-ondes.
Les résonateurs micro-ondes, utilisés dans des technologies telles que les satellites, les masers et les systèmes quantiques, confinent les champs à de petites zones. Dans les applications quantiques, ils pilotent des systèmes tels que les qubits de spin via des champs magnétiques.
Dans le nouveau travail, les paires de raisins améliorent les champs magnétiques pour piloter efficacement les spins des centres de lacunes d’azote dans les nanodiamants, permettant potentiellement des technologies quantiques compactes. L’équipe Macquarie a étudié les effets des champs magnétiques qui sont importants pour les applications quantiques, alors que les recherches antérieures se concentraient sur les champs électriques.
L’équipe a utilisé des nanodiamants spécialisés dotés de centres de lacunes d’azote – des défauts à l’échelle atomique qui fonctionnent comme des capteurs quantiques. Ces défauts, qui font partie des nombreux défauts qui donnent leur couleur aux diamants, ont la capacité de détecter les champs magnétiques et d’agir comme de minuscules aimants.
« Les diamants purs sont incolores, mais lorsque certains atomes remplacent les atomes de carbone, ils peuvent former des centres dits de « défauts » dotés de propriétés optiques. Les centres de lacunes d’azote dans les nanodiamants que nous avons utilisés dans cette étude agissent comme de minuscules aimants que nous pouvons utiliser pour la détection quantique », a déclaré Sarath Raman Nair, maître de conférences en technologie quantique à l’Université Macquarie et co-auteur de l’étude, dans un communiqué.
Les raisins améliorent les capteurs
Pour l’étude, l’équipe note qu’au bout d’une fine fibre de verre, ils ont positionné leur capteur quantique – un diamant doté d’atomes uniques – entre deux raisins. Ces atomes peuvent briller en rouge s’ils émettent une lumière laser verte à travers la fibre. L’éclat de la lueur rouge démontre l’intensité du champ micro-onde entourant les raisins.
Les chercheurs ont démontré que l’ajout de raisins aux installations à micro-ondes double la force du champ magnétique. Les résultats ouvrent la voie à l’exploration de conceptions alternatives de résonateurs micro-ondes, permettant potentiellement de mettre en place des dispositifs de détection quantique plus petits et plus efficaces.
Selon l’équipe, la taille et la forme des raisins étaient critiques, les expériences reposant sur des raisins d’environ 27 millimètres de long pour concentrer l’énergie micro-onde à la fréquence correcte pour les capteurs quantiques en diamant.
Traditionnellement, le saphir est utilisé dans la détection quantique, mais l’équipe a émis l’hypothèse que l’eau pourrait être plus performante. Les raisins, étant pour la plupart enrobés d’eau dans une fine pellicule, ont fourni un modèle idéal pour tester cette approche innovante.
« L’eau est en fait meilleure que le saphir pour concentrer l’énergie des micro-ondes, mais elle est également moins stable et perd plus d’énergie au cours du processus. C’est notre principal défi à résoudre », a déclaré Fawaz, dans un déclaration.
Les chercheurs explorent désormais des matériaux plus fiables qui utilisent les propriétés uniques de l’eau, dans le but de développer des dispositifs de détection efficaces.
Les détails de l’équipe recherche ont été publiés dans la revue Examen physique appliqué.