SINFONIA: Mise en forme de diamant pour la fabrication de membranes et leur intégration dans des applications de détection quantique à forte valeur ajoutée

décembre 2023 – décembre 2027

Projet ANR-23-QUAC-0006 (ANR)

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L’ambition de SINFONIA est d’établir une chaîne de valeur nationale de nouveaux capteurs NV, de la croissance des films de diamant de « qualité quantique », à la préparation de membranes plane ou nano-structurées ayant de fortes concentrations en NV, jusqu’à leur intégration dans un magnétomètre industriel permettant le contrôle non destructif de matériaux et dans un imageur de l’activité électrique de neurones en culture.

Contexte

Les progrès dans la manipulation quantique d’atomes froids ont déjà conduit au développement de capteurs ayant un impact industriel important (gravimètres appliqués à l’hydrologie ou au génie civil, déjà commercialisés; capteurs inertiels pour la navigation, en phase avancée de développement), mais les capteurs reposant sur des systèmes quantiques solides à base de semi-conducteurs n’en sont encore qu’à leurs balbutiements, malgré des atouts remarquables. Parmi ces systèmes, le centre NV- (azote-lacune) dans le diamant est apparu comme un capteur très polyvalent, permettant de mesurer des paramètres physiques tels que les champs magnétiques et électriques, la tension, la température, et ceci à des échelles allant du nanomètre au millimètre, offrant ainsi des capacités d’imagerie avec des performances de résolution et de sensibilité exceptionnelles. Le développement rapide de ces capteurs à centres NV tient à leur capacité à fonctionner à température ambiante, à celle d’initialiser et de lire optiquement leur état quantique et à la stabilité du diamant. Cependant, à l’exception des magnétomètres à pointes et des détecteurs sensibles de bio-analytes, les transferts technologiques d’autres modalités de détection à base de centres NV sont encore freinés par le développement insuffisant de procédés de mise en forme micro- et nanométrique du diamant.

Objectifs

L’ambition de SINFONIA est d’établir une chaîne de valeur nationale de nouveaux capteurs NV, de la croissance des films de diamant de « qualité quantique », à la préparation de membranes plane ou nano-structurées ayant de fortes concentrations en NV, jusqu’à leur intégration dans un magnétomètre industriel permettant le contrôle non destructif de matériaux et dans un imageur de l’activité électrique de neurones en culture. Une méthode de détection originale sans micro-ondes sera également mise en œuvre pour la stabilisation optique du champ magnétique à champs faibles. Le projet s’appuie sur des installations de pointe récemment acquises ou mises à niveau grâce à l’Equipex+ e-Diamant, et sur un savoir-faire internationalement reconnu dans la fabrication de diamant de qualité quantique. Le consortium rassemble toutes les compétences requises en nanotechnologies, physique du NV, métrologie appliquée et électrophysiologie neuronale pour répondre aux applications envisagées. La participation de deux industriels garantira la commercialisation rapide des produits viables, et les partenaires académiques bénéficieront de matériaux de qualité quantique et mis en forme pour tester de nouveaux concepts et dispositifs de détection. Ces recherches fondamentales préparent à la prochaine génération de capteurs à centre NV du diamant.

Production scientifique

Partenaires

LSPM Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux
LUMIN Laboratoire Lumière-Matière aux Interfaces
HiQuTe HiQuTe Diamond
LPENS Laboratoire de Physique de L’Ecole Normale Supérieure
Inst.FOTON Institut Fonctions Optiques pour les Technologies de l’informatiON
KWAN-TEK KWAN-TEK

Coordinateur

Jocelyn ACHARD (Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux)

Coordinateur iFOTON: Paul HUILLERY (Foton-OHM)

Financement

ANR (796 306€)

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