Thèse soutenue

Relaxation croisées d’ensembles de centres NV et application a la magnétométrie

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Auteur / Autrice : Clément Pellet-Mary
Direction : Gabriel Hétet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 07/12/2022
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique de l'ENS (Paris ; 2019-....)
Établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
Jury : Président / Présidente : Vincent Jacques
Examinateurs / Examinatrices : Gabriel Hétet, Vincent Jacques, Dmitry Budker, Philippe Tamarat, Maria Chamarro, Alexandre Tallaire
Rapporteurs / Rapporteuses : Dmitry Budker, Philippe Tamarat

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Le centre NV du diamant est un candidat prometteur pour de nombreuses technologies quantiques, que ce soit pour les communications quantiques, le calcul quantique ou la métrologie quantique. Grace aux progrès de synthétisation du diamant, des échantillons contenant une haute concentration en centres NV sont aujourd’hui réalisables. Cette augmentation de la densité de centres NV s’accompagne d’une augmentation des interactions entre ces derniers, ce qui donne lieu à une physique complexe et encore largement inexplorée. De nombreuses applications récentes, telles que l’hyper-polarisation en RMN, la bio-imagerie ou encore la spin-mécanique repose sur des ensembles denses de centres NV. Comprendre et maîtriser les propriétés d’ensemble de ces derniers est un point crucial pour l’établissement de ces technologies. Cette thèse étudie les échanges de polarisation, par relaxation croisée, entre des ensembles denses de centres NV, ainsi que les interactions entre les centres NV et d’autres impuretés paramagnétiques présentes dans le diamant. Le but de ces travaux est de mieux comprendre les propriétés des ensembles de centres NV, et d’exploiter certaines de ces propriétés pour de nouvelles applications telles que la détection d’impuretés ou la magnétométrie. Dans un premier temps, nous détaillerons les propriétés des centres NV et nous introduirons des concepts liés à l’interaction dipolaire entre spins et aux relaxations croisées. Nous verrons ensuite comment les relaxations croisées peuvent être utilisées pour détecter optiquement des résonances de spins qui ne sont pas optiquement actifs, en l’occurrence les défauts VH- et War1 dans des diamants CVD. Enfin, nous étudierons les relaxations croisées entre différents sous-groupes de centre NV. Nous verrons d’abord leur influence sur la dynamique du spin et leur origine microscopique, puis nous étudierons leur dépendance avec le champ magnétique et leur potentielle utilisation pour la magnétométrie en champs faible.