La lévitation de micro particules a connu un essor fulgurant ces dix dernières années de par ses nombreuses applications notamment pour l’étude de la décohérence quantique d’objets macroscopiques ou encore en métrologie. Récemment, des chercheurs ont réussi à refroidir le mouvement d’une bille de silice en lévitation et à atteindre l’état fondamental du centre de masse. La génération d’états quantiques non gaussiens du mouvement requiert néanmoins un couplage non linéaire de la particule avec un système extérieur comme un système quantique à deux niveaux.

Le centre NV du diamant constitue un candidat idéal pour ce faire grâce à ses propriétés quantiques exceptionnelles. De plus, ces impuretés magnétiques se couplent naturellement aux modes de rotation d’un diamant en lévitation en présence d’un champ magnétique.

Une équipe du Laboratoire de Physique de l’ENS a franchi un pas supplémentaire dans l’étude de ce couplage en observant une nouvelle forme de magnétisme des centres NVs permettant un haut degré de contrôle de l’orientation d’un diamant en lévitation. Pour des champs magnétiques supérieurs à 0.1T, le magnétisme du centre NV change de nature passant d’un état paramagnétique à un état diamagnétique. Dans le régime diamagnétique, le couple exercé par les centres NVs sur le diamant est tel que le diamant s’oriente pour aligner l’axe des centres NVs avec la direction du champ magnétique extérieur. Il s’agit de la première observation d’un diamagnétisme dont l’origine provient purement du spin, un résultat qui pourrait trouver des applications dans la création d’états non gaussiens du mouvement ainsi qu’en biologie.

Alignement d’un diamant en lévitation avec un champ magnétique externe à l’aide des centres NV

 

 

En savoir plus :
DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.117203

Informations complémentaires :
Laboratoire de physique de L’École normale supérieure (LPENS, ENS Paris/CNRS/Sorbonne Université/Université de Paris)


Auteur correspondant : Gabriel Hetet
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