Dans ces travaux publiés dans la revue Nature, une équipe du CEA-Iramis, en collaboration notamment avec l’équipe de Philippe Goldner (IRCP Chimie ParisTech- PSL /CNRS), démontre la détection directe de spins uniques d’ions erbium dans un cristal de tungstate de calcium. Cette percée a été rendue possible grâce à un compteur de photons micro-ondes à des températures de l’ordre du millikelvin.

La spectroscopie de résonance de spin électronique, aussi appelée résonance paramagnétique électronique (RPE) est la méthode de choix pour caractériser les impuretés paramagnétiques, avec un très large éventail d’applications allant de la chimie à aux technologies quantiques. Elle ne donne cependant accès qu’à des quantités moyennes sur des grands ensembles en raison de sa sensibilité limitée. Des méthodes de détection de spins uniques existent mais elles restent très spécifiques à certains systèmes.

Cette méthode très générale peut être appliquée à des espèces paramagnétiques arbitraires, et permet la détection d’un spin unique dans un volume aussi grand que le volume du mode magnétique du résonateur (environ 10 μm³ dans ces expériences), soit des ordres de grandeur plus grands que les autres techniques de détection d’un spin unique. En tant que telle, elle pourrait trouver des applications dans la résonance magnétique et les technologies quantiques.

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Philippe Goldner,