Nouvel équipement à Chimie ParisTech – PSL : le cryostat

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17 septembre 2020
cryostat

Depuis quelques mois, l’équipe Matériaux pour la Photonique et l’Opto-Electronique (MPOE) de l’IRCP  a mis en service son nouveau cryostat.  Cet équipement assez unique en région parisienne permet de réaliser des expériences de spectroscope optique à des températures  inférieures à 1K, une capacité très utile dans le contexte des matériaux pour les technologies quantiques.

Philippe Goldner, responsable de l’axe 1 « Cristaux et dynamique des états quantiques – Crystals and Quantum State Dynamics »  et Diana Serrano chercheuse CNRS,  tous deux de l’équipe MPOE nous expliquent.

Quel est le rôle du cryostat et son implication dans vos domaines de recherche ?

De façon générale, la très basse température est une condition souvent indispensable pour créer des états quantiques présentant une longue durée de vie. Ainsi, la cryogénie est fortement liée aux technologies quantiques qui exploitent justement ces états quantiques pour obtenir de nouvelles fonctionnalités. Un bon exemple sont les ordinateurs quantiques comme ceux de Google ou d’IBM, qui sont construits dans des cryostats utilisant la même technologie que celui-ci.

Quelle implication pour les matériaux pour les technologies quantiques ?

Les matériaux que nous développons, les cristaux dopés terres rares, présentent des états quantiques dont la durée de vie augmente fortement lorsque la température diminue. Ainsi, nos travaux spectroscopiques se réalisent toujours en conditions cryogéniques (< 10 K). Le grand avantage de ce cryostat est qu’il peut descendre à des températures en dessous de 1 K, et grâce à un module additionnel en cours d’acquisition, il pourra bientôt atteindre le domaine mK. Cela nous donne accès à un domaine très peu exploré où nous attendons des nouvelles propriétés pour nos matériaux et en particulier, une meilleure performance du point de vue des technologies quantiques optiques. Actuellement, ils existent très peu des modèles comme celui-ci en Europe, permettant des études optiques à des températures inférieures à 1 K.

Quelle sont les utilisations de ce type de cryostat dans des applications ? 

Outre des applications en tant qu’outil de recherche scientifique, comme dans notre cas, ce type d’équipement se retrouve dans des projets plus appliqués comme les ordinateurs quantiques à base de circuits supraconducteurs mentionné précédemment. Ils sont également utiles par exemple pour des applications en imagerie médicale, analyse de signaux hyperfréquences ou métrologie laser, domaines pour lesquels les cristaux dopés terres rares présentent des propriétés prometteuses.