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ECHOS DE LA PHYSIQUE - CERN
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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.