Conférence "Les défauts du diamant : une fenêtre quantique sur la matière" par Jean-François Roch

Résumé

Le diamant est bien plus qu’une pierre précieuse : c’est aussi un matériau remarquable pour la physique quantique. Certains défauts de son réseau cristallin se comportent comme des atomes artificiels, que l’on peut observer et contrôler grâce à la lumière. Parmi eux, le centre azote-lacune, ou centre NV, associe une impureté d’azote à un site vacant du cristal. Son spin, une propriété quantique sensible à son environnement, permet de sonder les champs magnétiques à l’échelle locale.

En partant de l’histoire du diamant et de sa synthèse, Prof. Roch présentera les principes de ces capteurs et les recherches développées autour de leurs applications. Nous verrons comment la lumière et les micro-ondes permettent de préparer, manipuler et lire l’état d’un spin dans le diamant.

Nous explorerons ensuite une application où le diamant joue un double rôle : comprimer la matière et mesurer une réponse magnétique. Intégrés à une cellule à enclumes de diamant, les centres NV ouvrent ainsi une fenêtre sur les matériaux soumis à des pressions extrêmes. Ils offrent notamment une voie pour étudier la supraconductivité, à travers l’expulsion du champ magnétique qui la caractérise.

Biographie

Jean-François ROCH, ancien élève de l'ENS Cachan (promotion 1984 en physique) est professeur des universités au département de physique à l’École normale supérieure Paris-Saclay et chercheur au laboratoire Lumière, Matière et Interfaces (LuMIn, Université Paris-Saclay, ENS Paris-Saclay, CentraleSupelec et CNRS).

Ses travaux de recherche, menés au laboratoire LuMIn, ont trait à l’étude des défauts cristallins du diamant et à leur utilisation comme capteurs quantiques. Avec son équipe, il intègre ces capteurs dans les cellules à enclumes de diamant pour caractériser les nouveaux états quantiques de la matière qui apparaissent à des pressions supérieures au million d’atmosphères. Ces travaux sont développés ne lien très étroit avec Paul Loubeyre et son équipe au CEA-DAM.

Il est également coordinateur du projet EQUIPEX+ e-DIAMANT pour la création d’un réseau national sur les applications scientifiques et technologiques du diamant.

Il a mis en place avec Pascale Senellart, directrice de recherche CNRS au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS/Université Paris-Saclay), l'année spécifique de formation ARTeQ dont l'objectif est de donner aux étudiants une vision pluridisciplinaire, combinant physique et informatique, des technologies quantiques.
Il est membre senior de l'Institut universitaire de France.