ECHOS DE LA PHYSIQUE - CERN

ECHOS DE LA PHYSIQUE Par Steve Reucroft et John Swain, Université Northeastern.

La RMN sur puce pourrait profiter aux dispositifs d'informatique quantique

Les neutrons mesurent la température de choc

Les résonateurs nanométriques en arséniure de

gallium pourraient être la clé d'une nouvelle

approche de l'informatique quantique. Go Yusa et

ses collègues des laboratoires NTT de recherche

fondamentale au Japon ont créé un dispositif semi­

conducteur dans lequel ils peuvent commander les

spins nucléaires dans une zone de quelques

nanometres.

Ils ont créé ce dispositif à partir d'une minuscule

tablette d'arséniure de gallium de 100 nm sur

60 nm; il consiste essentiellement en un étrangle­

ment étroit dans lequel se forme un gaz 2D

d'électrons et une porte-antenne permettant d'y

appliquer un champ radiofréquence. Les cher­

cheurs peuvent ainsi polariser seulement les spins

nucléaires de cette région nanométrique.

Ils appliquent un champ magnétique statique au

dispositif, puis font passer un courant à travers la

structure, ce qui produit une polarisation impor­

tante des spins nucléaires dans le canal étroit. On

peut déterminer la polarisation par l'effet que

produit un second champ magnétique oscillant sur

la résistance du dispositif.

Les chercheurs peuvent établir l 'existence

d'une large gamme de transitions de RMN, non

seulement celles qui diffèrent entre elles par une

unité de h/2rr, mais également par deux ou trois

de ces unités, et ils peuvent aussi établir des

superposit ions cohérentes qui durent jusqu'à

1 ms. Cette réalisation ouvre la possibilité de

créer des dispositifs d'informatique quantique

avec une lecture totalement électrique, et pour­

rait également révolutionner l 'analyse chimique.

On peut en principe placer sur le dispositif des

molécules biologiques et déterminer leur spectre

RMN, même pour des quantités de seulement

L'effet de mémoire de forme se produit dans des

matériaux que l'on peut déformer temporairement,

puis qui retrouvent leur forme d'origine en réponse

à une quelconque stimulation. Le mieux connu

d'entre eux est probablement le nitinol qui reprend

sa forme d'origine par chauffage.

Cette fois, Andreas Lendlien du centre de

recherche Geesthacht GmbH (GKSS) à Teltow,

Allemagne, et ses collègues annoncent un poly­

mère qui peut être déformé sous des ultraviolets

quelques picomoles, grâce aux interactions de

leurs spins nucléaires avec le dispositif.

Référence

Go Yusa et al. 2005 Nature 434 1001.

(UV) d'une certaine longueur d'onde, garde cette

nouvelle forme quand on le chauffe à 50 °C, mais

revient à sa forme d'origine sous l'effet d'UV d'une

longueur d'onde différente. Ce matériau à mémoire

de forme aisément contrôlable, même à distance,

ouvre d'innombrables possibilités dans pratique­

ment tous les domaines nécessitant la télékinésie.

Référence

A Lendlien et al. 2005 Nature 434 879.

Comment mesurer la température d'une pièce

métallique choquée? Il semblerait que les

neutrons offrent la réponse. V W Yuan et ses

collègues au laboratoire national de Los Alamos,

Nouveau-Mexique, ont utilisé la résonance à

21,1 eV du tungstène 182 pour mesurer la

température dans le molybdène choqué par

quelque 63 GPa. Le tungstène a été introduit par

dopage superficiel dans le molybdène et une

impulsion de neutrons de 1 |js a servi de sonde

après un choc à la suite duquel le déplacement

dans le métal atteint 11 fois la vitesse du son.

Après agitation thermique par le choc, les

atomes de tungstène ont absorbé des neutrons de

vitesses différentes selon que les atomes se

déplaçaient vers les neutrons ou s'en éloignaient.

En mesurant les instants d'arrivée des neutrons

non absorbés, l'équipe a pu déterminer les

vitesses des atomes de tungstène et donc leur

température. Cette technique pourrait permettre

aux chercheurs de déterminer expérimentalement

les équations d'état pour toutes sortes de maté­

riaux sous des conditions extrêmes.

Référence

V W Yuan et al. 2005 Phys. Rev. Lett. 94 125504.

Lasers cryogéniques

Une nouvelle manière d'obtenir de la chaleur dans

des matériaux pourrait conduire à un réfrigérateur

dont les parties en mouvement comprendraient des

photons et des phonons. J Thiede et ses collègues

au laboratoire national de Los Alamos, Nouveau-

Mexique, ont établi un nouveau record de

refroidissement de la matière par un faisceau laser.

Le point crucial est d'utiliser un matériau

capable d'absorber des photons laser et de les

réemettre à une énergie plus élevée en combi­

nant leur énergie avec celle des phonons - les

quantums de vibration qui composent la chaleur.

En utilisant une fibre de verre spécialement

dopée et quelque 10 W de lumière d'une lon­

gueur d'onde de 1026 nm provenant d'un laser

Yb:YAG solide pompé par laser, l'équipe de

Thiede est descendue à - 6 5 °C, battant le record

précèdent de - 3 7 °C. On s'approche ainsi des

températures utiles en cryogénie.

Référence

J Thiede et al. 2005 Appl. Phys. Lett. 86 154107.

Des polymères retrouvent leur forme sous UV

C o u r r i e r C E R N Juin 2005 11

En haut: schéma de la structure du dispositif à

RMN basé sur Un puits quantique en

arséniure de gallium de 20 nm. Une paire

d'électrodes fendues de Schottky définit le

canal du point de contact indiqué par l'ellipse

blanche. En bas: image par microscopie

électronique à balayage des électrodes

fendues sous la porte-antenne. L'écartement

des électrodes est de 600 nm.