Crédit : Institut de physique de Leiden
La détection optique d'un seul électron à l'aide d'une seule molécule n'a jamais été réalisée. Le physicien de Leyde Michel Orrit et son équipe ont maintenant identifié une molécule suffisamment sensible pour détecter un électron à une distance de plusieurs centaines de nanomètres. Les résultats sont publiés sous forme d'article de couverture dans ChemPhysChem .
Les physiciens sont capables de manipuler des électrons uniques depuis un certain temps. Mais ils ne peuvent les voir que comme faisant partie d'un courant électrique composé de milliers d'électrons. Un objectif en physique est une méthode de détection indirecte d'électrons individuels à l'aide d'une seule molécule. À l'avenir, un ordinateur quantique pourrait utiliser cette méthode pour localiser des qubits avec de la lumière sans perturber leur état quantique de spin, une exigence essentielle pour les ordinateurs quantiques. Le physicien de Leyde Michel Orrit et son groupe ont maintenant fait un premier pas vers le développement de cette technique en identifiant un système moléculaire suffisamment sensible pour détecter un électron à des centaines de nanomètres.
Les chercheurs, dont les auteurs principaux Zoran Ristanović et Amin Moradi, ont découvert que la molécule fluorescente dibenzoterrylene (DBT) possède deux propriétés vitales pour la détection de charge unique, à condition qu'elle soit incluse dans un cristal moléculaire de 2, 3-dibromonaphtalène. D'abord, Les molécules de DBT sont fluorescentes, émettant un spectre étroit de lumière visible qui est stable sur de longues périodes de temps (fig. 1). Seconde, ces raies spectrales étroites se déplacent de manière significative en présence d'un champ électrique (fig. 2). Cela deviendra le signe révélateur d'une charge à proximité, car les charges génèrent un tel champ électrique.
Figure 1. Lignes spectrales fluorescentes de plusieurs molécules DBT en l'absence de champ électrique. Les lignes gardent une fréquence stable dans le temps.
Orrit et ses collègues montrent qu'ils peuvent facilement détecter des champs électriques de l'ordre de 1 kV/cm (fig. 2) avec une molécule DBT. C'est une sensibilité plus que suffisante pour détecter un seul électron à 100 nm de distance, dont le champ électrique est d'environ 1,5 kV/cm. En utilisant plusieurs molécules répondant de manière similaire à un champ électrique, les physiciens pourraient même utiliser la triangulation pour trouver l'emplacement de l'électron, similaire au GPS. L'étape suivante consiste à détecter un électron réel. L'équipe de recherche construit actuellement un dispositif à un seul électron pour cette expérience.
Figure 2. Les raies spectrales sont fortement affectées par un champ électrique. (En l'absence de champ électrique ils sont horizontaux, voir fig. 1.) Le changement de fréquence révèle la présence d'un champ électrique. Un électron génère un champ électrique de 1,5 kV/cm à une distance de 100 nm, le décalage de fréquence serait donc suffisamment important pour détecter ce champ.
