Thèse soutenue

Fabrication et caractérisation d'un dispositif quantique hybride pour la détection micro-onde à simple spin
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Auteur / Autrice : Jéssica Fernanda Da Silva Barbosa
Direction : Patrice BertetReinier Heeres
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 28/08/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de physique de l'état condensé (Gif-sur-Yvette, Essonne)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
Jury : Président / Présidente : Jean-François Roch
Examinateurs / Examinatrices : Fedor Jelezko, Franck Balestro, Diana Serrano Garcia
Rapporteurs / Rapporteuses : Fedor Jelezko, Franck Balestro

Résumé

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Le contexte de cette thèse est une proposition théorique par Haikka et al [1] qui vise à détecter des spins individuels avec des micro-ondes, en utilisant un micro-résonateur supraconducteur incorporant une constriction nanométrique proche du spin, refroidi au millikelvin. Les spins utilisés sont des centres NV du diamant, implantés à une faible profondeur (20nm) dans un échantillon de diamant purifié isotopiquement en ¹²C. Sa fréquence de transition est ~ 2.88 GHz. Nous démontrons la fabrication d'une grille de NV unique avec de longs temps de cohérence et bien localisée par rapport aux marques d'alignement gravées dans le diamant. Nous démontrons une méthode pour déterminer la position de centres NV par rapport à un nanofil métallique déposé sur du diamant. Nous utilisons le centre NV comme magnétomètre vectoriel [2, 3] pour mesurer le champ généré par le passage d'un courant continu à travers le fil, permettant d'inférer la position des centres NV par rapport au fil avec une précision de ~ 10 nm. Nous avons fabriqué et réalisé la caractérisation d'un résonateur LC de faible impédance 11Ω, d'un facteur de qualité interne aussi élevé que 2.10⁵ et d'une fréquence de résonance d'environ 2,93 GHz au-dessus d'un tel ensemble de NV implantés. La résistance en champ magnétique de ce résonateur n'a cependant pas été suffisante pour voir le signal de spin. [1] P. Haikka, Y. Kubo, A. Bienfait, P. Bertet, and K. Mølmer, “Proposal fordetecting a single electron spin in a microwave resonator,” Phys. Rev. A, vol. 95,p. 022306, Feb 2017. [2] J. M. Taylor, P. Cappellaro, L. Childress, L. Jiang, D. Budker, P. R. Hemmer, A. Yacoby, R. Walsworth, and M. D. Lukin, “High-sensitivity diamond magnetometer with nanoscaleresolution,”Nature Phys, vol. 4, pp. 810–816, Oct. 2008. [3] X.-D. Chen, F.-W. Sun, C.-L. Zou, J.-M. Cui, L.-M. Zhou, and G.-C. Guo, “Vector magneticfield sensing by a single nitrogen vacancy center in diamond,” EPL, vol. 101, p. 67003, Mar.2013.