Des scientifiques de la Division de physique de l'Université de Tsukuba ont utilisé l'effet quantique appelé « verrouillage de rotation » pour améliorer considérablement la résolution lors de l'imagerie par radiofréquence des défauts de lacunes d'azote dans le diamant. Ce travail peut conduire à une analyse des matériaux plus rapide et plus précise, ainsi qu'une voie vers des ordinateurs quantiques pratiques.

Les centres de vacance d'azote (NV) ont longtemps été étudiés pour leur utilisation potentielle dans les ordinateurs quantiques. Un centre NV est un type de défaut dans le réseau d'un diamant, dans lequel deux atomes de carbone adjacents ont été remplacés par un atome d'azote et un vide. Cela laisse un électron non apparié, qui peut être détecté à l'aide d'ondes radiofréquences, car sa probabilité d'émettre un photon dépend de son état de spin. Cependant, la résolution spatiale de la détection des ondes radio à l'aide de techniques radiofréquence conventionnelles est restée moins qu'optimale.

Maintenant, des chercheurs de l'Université de Tsukuba ont poussé la résolution à ses limites en employant une technique appelée « spin-locking ». Les impulsions micro-ondes sont utilisées pour mettre le spin de l'électron dans une superposition quantique de haut en bas simultanément. Puis, un champ électromagnétique moteur provoque la précession de la direction de la rotation, comme une toupie qui vacille. Le résultat final est un spin d'électrons qui est protégé du bruit aléatoire mais fortement couplé à l'équipement de détection. "Le verrouillage de la rotation garantit une précision et une sensibilité élevées de l'imagerie du champ électromagnétique, " explique le professeur Shintaro Nomura, premier auteur. En raison de la forte densité de centres NV dans les échantillons de diamant utilisés, le signal collectif qu'ils produisaient pouvait être facilement capté avec cette méthode. Cela a permis la détection de collections de centres NV à l'échelle micrométrique. "La résolution spatiale que nous avons obtenue avec l'imagerie RF était bien meilleure qu'avec des méthodes existantes similaires, " poursuit le professeur Nomura, "et il n'était limité que par la résolution du microscope optique que nous utilisions."

L'approche démontrée dans ce projet peut être appliquée dans une grande variété de domaines d'application, par exemple, les caractérisations de molécules polaires, polymères, et protéines, ainsi que la caractérisation des matériaux. Il peut également être utilisé dans des applications médicales, par exemple, comme une nouvelle façon d'effectuer la magnétocardiographie.