Séance de cours

Détection quantique avec Single Spins

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Dans cours

PHYS-744: Advanced Topics in Quantum Sciences and Technologies

This course provides an in-depth treatment of the latest experimental and theoretical topics in quantum sciences and technologies, including for example quantum sensing, quantum optics, cold atoms, theory of quantum measurements and open dissipative quantu ...

Description

Cette séance de cours de l'instructeur couvre le sujet de la détection quantique avec des spins simples, en se concentrant sur le centre de vide d'azote (NV) dans le diamant. Il traite de la structure atomique du diamant, des propriétés du centre NV, de son état fondamental spin-triplet, des transitions optiques de base, de la résonance de spin électronique, de la manipulation de spin cohérente et de la relaxation de spin. La séance de cours se penche également sur la magnétométrie NV, les applications dans les matériaux antiferromagnétiques et la mise en œuvre de nanomagnétomètres NV. En outre, il explore l'aperçu des performances de la magnétométrie nanométrique NV, les capteurs de champ magnétique locaux disponibles et l'évolution de la détection quantique avec des spins uniques au fil des ans.

Enseignant·e·s (5)

Vincenzo Savona

De nationalité italienne, Vincenzo Savona est né en 1969. Il effectue ses études de physique à lEcole normale supérieure de Pise et à lUniversité de Pise. Puis il entreprend une thèse de doctorat à lInstitut de physique théorique de lEPFL. Il effectue des recherches post-doctorales à lEPFL, puis à lInstitut de physique de lUniversité Humboldt de Berlin. En 2002, il revient à lEPFL pour y constituer son groupe de recherche, bénéficiant dun subside «professeur boursier» du Fonds national suisse de la recherche scientifique. En 2006, il est nommé professeur assistant tenure-track à lEPFL et intègre le NCCR de photonique quantique. En 2010 il est nommé professeur associé. Actuellement, il dirige le Laboratoire de physique théorique des nanosystèmes.

Jean-Philippe Brantut

I did my PhD at the Institut d'Optique under the direction of Philippe Bouyer and Alain Aspect, before moving to ETHZ in the group of Tilman Esslinger, first as a post-doc then as a senior scientist. There I developed in particular the method allowing for a quantum simulation of nano-electronic devices with ultracold quantum gases.Since september 2016, I hold the Fondation Sandoz chair in physics of quantum gases at EPFL. There, my group has developed the first cold atoms machine combining Fermi gases with cavity-quantum electrodynamics. We use it to explore new ways of measuring and manipulating quantum matter.

Christophe Marcel Georges Galland

J'ai étudié à l'Ecole Polytechnique Paris (X2003) et obtenu mon doctorat en 2010 à l'ETH Zurich pour une thèse en optique quantique sur les nanotubes de carbone, dans le groupe de photonique quantique du Prof. Ataç Imamoglu. En tant que chercheur postdoctoral au Los Alamos National Lab (États-Unis), j'ai étudié la photophysique des boîtes quantiques individuelles dans les groupes de Victor Klimov et Han Htoon. J'étudiais les mécanismes responsables des fluctuations de fluorescence et comment les contrôler. J'ai ensuite rejoint l'Université du Delaware et le groupe de Michael Hochberg pour travailler dans le domaine émergent de l'optique quantique intégrée. Je menais des projets internationaux tels que la réalisation d'une source sur puce de photons corrélés intégrant des filtres optiques et des démultiplexeurs. De 2013 à 2016, je travaillais à l'EPFL dans le groupe du Prof. Kippenberg dans le domaine de l'optomécanique quantique avec une bourse Ambizione du Fonds national suisse pour la recherche scientifique (FNS). Mon travail s'est concentré sur la création d'états vibrationnels non classiques d'oscillateurs mésoscopiques et sur l'amplification des vibrations dans les molécules. Depuis mai 2017, je dirige le Laboratoire de Nano-Optique Quantique à l'EPFL en tant que professeur financé par le FNS au sein de l'Institut de Physique. Mon équipe étudie deux phénomènes principaux: (i) la dynamique vibrationnelle des molécules couplées à des cavités plasmoniques à l'échelle nanométrique, et (ii) les corrélations non classiques médiées par des quanta individuels de vibrations cristallines -- à température ambiante. Nous utilisons des outils spectroscopiques de pointe tels que les lasers femtosecondes et les compteurs de photons uniques pour obtenir de nouvelles informations sur la dynamique à l'échelle sub-nanométrique.

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Concepts associés (32)

Spin–spin relaxation

In physics, the spin–spin relaxation is the mechanism by which Mxy, the transverse component of the magnetization vector, exponentially decays towards its equilibrium value in nuclear magnetic resonance (NMR) and magnetic resonance imaging (MRI). It is characterized by the spin–spin relaxation time, known as T2, a time constant characterizing the signal decay. It is named in contrast to T1, the spin–lattice relaxation time.

Spin echo

In magnetic resonance, a spin echo or Hahn echo is the refocusing of spin magnetisation by a pulse of resonant electromagnetic radiation. Modern nuclear magnetic resonance (NMR) and magnetic resonance imaging (MRI) make use of this effect. The NMR signal observed following an initial excitation pulse decays with time due to both spin relaxation and any inhomogeneous effects which cause spins in the sample to precess at different rates. The first of these, relaxation, leads to an irreversible loss of magnetisation.

Spin–lattice relaxation

During nuclear magnetic resonance observations, spin–lattice relaxation is the mechanism by which the longitudinal component of the total nuclear magnetic moment vector (parallel to the constant magnetic field) exponentially relaxes from a higher energy, non-equilibrium state to thermodynamic equilibrium with its surroundings (the "lattice"). It is characterized by the spin–lattice relaxation time, a time constant known as T1.

Spin

Le 'spin' () est, en physique quantique, une des propriétés internes des particules, au même titre que la masse ou la charge électrique. Comme d'autres observables quantiques, sa mesure donne des valeurs discrètes et est soumise au principe d'incertitude. C'est la seule observable quantique qui ne présente pas d'équivalent classique, contrairement, par exemple, à la position, l'impulsion ou l'énergie d'une particule. Il est toutefois souvent assimilé au moment cinétique (cf de cet article, ou Précession de Thomas).

Résonance paramagnétique électronique

vignette|redresse=1.25|Spectromètre à résonance paramagnétique électronique La résonance paramagnétique électronique (RPE), résonance de spin électronique (RSE), ou en anglais electron spin resonance (ESR) désigne la propriété de certains électrons à absorber, puis réémettre l'énergie d'un rayonnement électromagnétique lorsqu'ils sont placés dans un champ magnétique. Seuls les électrons non appariés (ou électrons célibataires), présents dans des espèces chimiques radicalaires ainsi que dans les sels et complexes des métaux de transition, présentent cette propriété.

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Séances de cours associées (54)

Introduction à la détection quantique avec les centres Diamond NV

Introduit la détection quantique avec les centres diamantés NV, couvrant les propriétés, les applications et les techniques.

Couplage mécanique de spin en diamant

Explore le couplage spin-mécanique en diamant, en mettant l'accent sur le centre Nitrogen-Vacancy et la transition vers le spin-diamagnétisme.

Qubits de spin monoélectronique

Explore les qubits de spin dans les points quantiques, la détection en temps réel d'un seul électron, la réponse de tunnel, la lecture sélective de l'énergie, le temps de relaxation T1, la relaxation de spin et le contrôle cohérent de spin.

Spin Qubits dans les points quantiques

Explore les qubits de spin dans les points quantiques, y compris la cohérence, les interactions d'échange et le couplage spin-orbite.

Description quantique de la RMN pulsée

Explore les principes quantiques derrière la spectroscopie RMN pulsée, y compris l'interaction Zeeman et la manipulation de spin par irradiation radiofréquence.

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