Des chercheurs chinois ont utilisé des capteurs quantiques de spin à semi-conducteurs pour étudier de nouvelles interactions liées à la vitesse entre les spins des électrons, fournissant ainsi des données précieuses et de nouvelles informations sur la physique fondamentale. Crédit : Issues.fr.com
Les chercheurs ont utilisé des capteurs quantiques pour explorer de nouvelles interactions de particules à des distances micrométriques, présentant ainsi des découvertes révolutionnaires qui élargissent la portée du modèle standard en physique.
Une équipe de recherche dirigée par l'académicien Du Jiangfeng et le professeur Rong Xing de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC), qui fait partie de l'Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec le professeur Jiao Man de l'Université du Zhejiang, a utilisé des matériaux solides. capteurs quantiques de spin d'état pour examiner les interactions exotiques dépendantes de la vitesse de rotation (SSIVD) à de courtes plages de force. Leur étude rapporte de nouveaux résultats expérimentaux concernant les interactions entre spins électroniques et a été publiée dans Lettres d'examen physique.
Le modèle standard est un cadre théorique très efficace en physique des particules, décrivant les particules fondamentales et quatre interactions fondamentales. Cependant, le modèle standard ne peut toujours pas expliquer certains faits d’observation importants dans la cosmologie actuelle, comme la matière noire et l’énergie noire.
Certaines théories suggèrent que de nouvelles particules peuvent agir comme des propagateurs, transmettant de nouvelles interactions entre les particules du Modèle Standard. À l'heure actuelle, il existe un manque de recherche expérimentale sur de nouvelles interactions liées à la vitesse entre les spins, en particulier dans la gamme relativement petite de distance de force, où la vérification expérimentale est presque inexistante.

Les résultats expérimentaux de l'étude. Crédit : Du et al.
Dispositif expérimental et méthodologie
Les chercheurs ont conçu une configuration expérimentale équipée de deux diamants. Un ensemble de lacunes d'azote (NV) de haute qualité a été préparé à la surface de chaque diamant par dépôt chimique en phase vapeur. Le spin électronique d’un ensemble NV sert de capteur de spin, tandis que l’autre agit comme source de spin.
Les chercheurs ont recherché de nouveaux effets d'interaction entre le spin dépendant de la vitesse des électrons à l'échelle micrométrique en manipulant de manière cohérente les états quantiques de spin et les vitesses relatives de deux ensembles NV de diamant. Tout d'abord, ils ont utilisé un capteur de spin pour caractériser l'interaction dipolaire magnétique avec la source de spin comme référence. Ensuite, en modulant la vibration de la source de spin et en effectuant une détection de verrouillage et une analyse orthogonale de phase, ils ont mesuré les SSIVD.
Pour deux nouvelles interactions, les chercheurs ont réalisé la première détection expérimentale dans la gamme de force inférieure à 1 cm et inférieure à 1 km respectivement, obtenant ainsi de précieuses données expérimentales.
Comme l'a fait remarquer l'éditeur, « les résultats apportent de nouvelles perspectives à la communauté des capteurs quantiques pour explorer les interactions fondamentales en exploitant les caractéristiques compactes, flexibles et sensibles des spins à l'état solide. »