Zoom labo - Des nanocristaux dopés par des ions de terres rares pour les technologies quantiques

 

Les technologies quantiques apportent des fonctionnalités révolutionnaires dans les domaines de la communication, du traitement de l’information ou des capteurs. Ces technologies reposent en effet sur des états quantiques, dont les propriétés sont très différentes de celles des systèmes classiques. Un paramètre clé pour ces applications est la durée de vie de ces états quantiques ou de façon équivalente la largeur des transitions associées.

Les cristaux massifs dopés par des ions de terres rares possèdent à basse température des largeurs de transitions optiques et de spin extrêmement étroites, un cas de figure unique à l’état solide. Ils sont de ce fait activement étudiés pour des technologies quantiques comme le stockage quantique de la lumière.

A l’échelle nanométrique, ces matériaux pourraient apporter de nouvelles possibilités : par exemple augmenter les interactions avec la lumière dans des micro-cavités optiques ou coupler terres rares et autres systèmes quantiques. Pour cela, il est cependant impératif que les transitions restent suffisamment étroites.

Des chercheurs de l’Institut de Recherche de Chimie Paris (équipe Matériaux pour la photonique et l’optoélectronique) ont étudié par spectroscopie optique à très haute résolution des nanocristaux d’oxyde d’yttrium dopé par des ions europium (Eu3+ :Y2O3).

 

Leurs résultats montrent que les largeurs très étroites observées, 45 kHz à 1.3 K, ne sont pas limitées intrinsèquement par la taille des nanocristaux (130 nm). Une analyse des processus d’élargissement suggère que des largeurs de 10 kHz sont possibles dans des cristaux de 100 nm. Ceci permettrait de manipuler efficacement les états quantiques des terres rares à l’échelle nanométrique et ouvre la voie à des applications prometteuses dans les technologies quantiques.

Ces résultats ont été obtenus dans le cadre du projet européen H2020 FET Open NanOQTech. Ils viennent d’être publiés dans la revue Nano Letters.