Spectroscopies à base de capteurs quantiques pour l'étude de matériaux quantiques sous haute pression

Quantum sensor-based spectroscopies for the study of high-pressure quantum materials

• Auteur / Autrice : Claire Roussy
• Direction : Jean-François Roch
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Lumière, Matière et Interfaces
• Partenaire(s) de recherche : Référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)

Mots clés

Mots clés libres

Capteurs quantiques

Haute pression

Spectroscopie

Supraconductivité

Quantum sensing

High-pressure

Spectroscopy

Superconductivity

Résumé

L'application de pressions élevées permet la synthèse de nouveaux matériaux, tels que les super-hydrures qui sont des supraconducteurs avec des températures critiques record. L'utilisation de la résonance magnétique nucléaire (RMN) a permis des avancées essentielles dans la compréhension des supraconducteurs en sondant les excitations électroniques. Elle a permis d'obtenir la première preuve de la validité de la théorie BCS et de comprendre la spécificité de la supraconductivité dans les cuprates. Il y a donc un grand intérêt à déployer à haute pression les méthodes de la RMN. Malheureusement, les pressions nécessaires sont supérieures à 10 gigapascal (GPa) et sont atteintes dans une cellule à enclume de diamant (DAC). L'échantillon est alors contraint à de très petits volumes de taille micrométrique qui sont en dessous de la limite de sensibilité des spectromètres RMN classiques. La thèse exploitera l'expertise de l'équipe dans l'utilisation des centres NV du diamant comme sonde magnétique in-situ dans la DAC pour sonder les spins nucléaires présents dans l'échantillon. Cette méthode de détection quantique consistera à appliquer des séquences d'impulsions micro-ondes à une couche fortement dopée en centres NV à la pointe de l'enclume. Une fois mise au point, la méthode sera d'abord appliquée au cuprate Hg-1123 sous pression afin de déterminer l'évolution du pseudogap en fonction de la pression, dans la plage de 10 à 50 GPa.

The application of high pressures allows the synthesis of new materials, such as super-hydrides which are superconductors with record critical temperatures. The use of nuclear magnetic resonance (NMR) has allowed essential advances in the understanding of superconductors by probing electronic excitations. It has provided the first proof of the validity of the BCS theory and the understanding of the specificity of superconductivity in cuprates. There is therefore a great interest in deploying NMR methods at high pressure Unfortunately, the required pressures are higher than 10 gigapascal (GPa) and are reached in a diamond anvil cell (DAC). The sample is then constrained to very small micrometer-sized volumes that are below the sensitivity limit of conventional NMR spectrometers. The thesis will exploit the team's expertise in using the NV centers of diamond as an in-situ magnetic probe in the DAC to probe the nuclear spins present in the sample. This quantum detection method will involve applying sequences of microwave pulses to a dense NVdoped layer at the tip of the anvil. Once developed, the method will first be applied to Hg-1123 cuprate under pressure to determine the evolution of the pseudogap as a function of pressure in the range of 10-50 GPa.