e-DIAMANT

Contexte

- Fiche d’identité du projet lauréat : e-DIAMANT ; Réseau technologique pour les applications scientifiques et industrielles des capteurs diamant

- Aide financière AMU : Aide totale 6,8M€ pour un coût total du projet de 18,9M€

- Nom établissement coordonnateur : Ecole normale supérieure (ENS) Paris-Saclay.

- Membres du Consortium : ENS Paris Saclay, CNRS, CEA, Université Paris Saclay, Université Versailles Saint Quentin en Yvelines, Université Sorbonne Paris Nord, Université Rennes 1, Université de Lorraine, Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Caen, Thales.

- Durée du projet : 6 ans

Enjeux

- Présentation

Les centres azote-lacune (ou centres NV pour nitrogen vacancy) dans les diamants consistent en la présence d’un atome d’azote en position de substitution et associé à une lacune dans un cristal de diamant. Ces défauts offrent la possibilité de manipuler de manière cohérente les spins électroniques à l’état solide et à température ambiante avec une lecture optique directe. Le couplage entre champ magnétique ambiant et l’état de spin permet alors d’utiliser les centres NV comme des capteurs magnétiques avec une sensibilité de quelques nT et une résolution spatiale nanométrique. Le projet e-DIAMANT, qui s’inscrit dans une tendance générale de transition entre l’électronique vers la spintronique et le projet national interministériel « Plan Quantique », va permettre de progresser dans la fabrication de diamant avec un nombre contrôlé de centres NV, d’optimiser le design de ces diamants et leur miniaturisation.

Aix-Marseille Université n’est pas directement impliqué dans la partie du projet qui concerne la fabrication des diamants NV (design, mise en forme, contrôle des cntres NV, nanostructuration, contrôle qualité), mais est un end user de cette technologie. En effet, un microscope magnétique basé sur la technologie NV (Quantum Diamond Microscope, QDM) sera mis en fonction au CEREGE dans le cadre de nos recherches dans le domaine des sciences de la Terre et des Planètes par le biais du magnétisme des roches et du paléomagnétisme. Il s’agit du WP 6 du projet : « sensing and new

functionalities ». Les mesures paléomagnétiques sont traditionnellement réalisées sur des échantillons de taille millimétrique à centimétrique. Le développement d’un magnétomètre avec une résolution spatiale nanométrique va offrir de nouvelles clefs de lectures pour nos travaux sur l’histoire de la Terre et des planètes.

- Les attendus du point de vue des enseignants / des chercheurs / des étudiants / du monde socio-économique

Le groupe de magnétisme des roches du CEREGE est impliqué dans la recherche en microscopie magnétique depuis une dizaine d’années. En effet, bien que le magnétisme des roches ait contribué aux progrès des sciences de la Terre depuis un siècle, un nombre croissant d’applications exigent des mesures magnétiques à des échelles plus petites que le mm3-cm3 des instruments classiques de notre communauté. Le développement récent de microscopes magnétiques à SQUID a permis des progrès significatifs mais la technique NV, au vu de sa versatilité et de sa meilleure résolution spatiale représente clairement le futur de la microscopie magnétique appliquée aux Sciences de la Terre et de l’Univers. Des systèmes de ce type ont été développés dans des laboratoires de magnétisme des roches de pointe (MIT, Harvard). Le projet e-DIAMANT est une occasion unique pour le CEREGE de rester dans la compétition.

Les sujets suivants seront abordés : caractérisation des microstructures magnétiques des minéraux métalliques dans les météorites, effet de désaimantation sous pression pour comprendre l’influence des impacts d’astéroïdes sur les anomalies magnétiques planétaires, identification des sources magnétiques dans les roches.

Les mesures d’impact attendues

Le microscope QDM du CEREGE sera le premier instrument de ce type installé en France. Il est attendu qu’il puisse bénéficier à terme à toute la communauté française du magnétisme des roches.

- Le calendrier de déploiement 

Le microscope magnétique devrait être installé au CEREGFE à la fin de la première année du projet.