Les électrons sont très à la merci des champs magnétiques, que les scientifiques peuvent manipuler pour contrôler les électrons et leur moment angulaire, c'est-à-dire leur "tour".

Une équipe Cornell dirigée par Greg Fuchs, professeur assistant de physique appliquée et d'ingénierie à la Faculté des sciences de l'ingénieur, en 2013 a inventé une nouvelle façon d'exercer ce contrôle en utilisant des ondes acoustiques générées par des résonateurs mécaniques. Cette approche a permis à l'équipe de contrôler les transitions de spin des électrons (également connues sous le nom de résonance de spin) qui, autrement, ne seraient pas possibles grâce au comportement magnétique conventionnel.

La découverte a été une aubaine pour tous ceux qui cherchent à construire des capteurs quantiques du type de ceux utilisés dans les appareils de navigation mobiles. Cependant, de tels dispositifs nécessitaient toujours un champ de contrôle magnétique - et donc une antenne magnétique volumineuse - pour piloter certaines transitions de spin.

Maintenant, Le groupe de Fuchs a montré que ces transitions peuvent être conduites uniquement par l'acoustique. Cela élimine le besoin de l'antenne magnétique, permettre aux ingénieurs de construire plus petit, des capteurs acoustiques plus économes en énergie qui peuvent être emballés plus étroitement sur un seul appareil.

Le papier de l'équipe, "Conduire acoustiquement la transition de spin quantique unique des centres de vacance d'azote du diamant, " publié le 27 mai dans Examen physique appliqué .

"Vous pouvez utiliser un champ magnétique pour piloter ces transitions de spin, mais un champ magnétique est en fait un très étendu, gros objet, " dit Fuchs. " En revanche, les ondes acoustiques peuvent être très confinées. Donc, si vous envisagez de contrôler différentes régions de tours à l'intérieur de votre puce, localement et indépendamment, alors le faire avec des ondes acoustiques est une approche sensée."

Afin de piloter les transitions de spin des électrons, Fuchs et Huiyao Chen '20, l'auteur principal de l'article, centres de vacance d'azote (VN) usagés, qui sont des défauts dans le réseau cristallin d'un diamant. Les résonateurs acoustiques sont des dispositifs de microsystèmes électromécaniques (MEMS) équipés d'un transducteur. Lorsque la tension est appliquée, l'appareil vibre, envoyer des ondes acoustiques de 2 à 3 gigahertz dans le cristal. Ces fréquences provoquent des déformations et des contraintes dans le défaut, ce qui se traduit par la résonance de spin électronique.

Une complication :ce processus excite également le champ magnétique, les chercheurs n'ont donc jamais été entièrement sûrs de l'effet des vibrations mécaniques par rapport à l'effet des oscillations magnétiques. Ainsi Fuchs et Chen ont entrepris de mesurer minutieusement le couplage entre les ondes acoustiques et la transition de spin, et le comparer aux calculs proposés par les physiciens théoriciens.

"Nous avons pu établir séparément la partie magnétique et la partie acoustique, et mesurer ainsi ce coefficient inconnu qui détermine la force avec laquelle la transition quantique unique se couple aux ondes acoustiques, " Fuchs a dit. " La réponse était, à notre grande surprise et plaisir, que c'est un ordre de grandeur plus grand que prévu. Cela signifie que vous pouvez en effet concevoir des dispositifs de résonance de spin entièrement acoustiques qui feraient d'excellents capteurs de champ magnétique, par exemple, mais vous n'avez pas besoin d'un champ de contrôle magnétique pour les faire fonctionner."

Fuchs travaille avec le Center for Technology Licensing de Cornell pour breveter la découverte, qui pourraient avoir des applications importantes dans la technologie de navigation.

« Il y a un effort important à l'échelle nationale pour fabriquer des capteurs de champ magnétique hautement stables avec des centres NV en diamant, " a déclaré Fuchs. "Les gens construisent déjà ces appareils basés sur la résonance magnétique conventionnelle en utilisant des antennes magnétiques. Je pense que notre découverte va avoir un énorme avantage en termes de compacité et de capacité à fabriquer des capteurs indépendants étroitement espacés. »