(CONTRAT DOCTORAL) Senseur quantique hybride pour la nanothermométrie

par Rana Tanos

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Isabelle Robert-philip et de Csilla Gergely.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec L2C - Laboratoire Charles Coulomb (laboratoire) et de Département Semiconducteurs, Matériaux et Capteurs (equipe de recherche) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Les progrès dans les nanosciences fondamentales et, à plus long terme, les procédés industriels issus des nanotechnologies, dépendent largement de notre capacité à sonder de façon précise et reproductible les propriétés et performances aux échelles nanométriques, dont notamment la réponse thermique. Malgré les récents progrès sur la nanométrologie thermique ces dernières années, aucun senseur n'est capable à ce jour de répondre aux enjeux du domaine, tant applicatifs (en nanoélectronique, nanophotonique, nanobiologie..) qu'en science fondamentale (nanothermodynamique…). Parallèlement, de nouvelles approches métrologiques ont récemment émergé, exploitant la forte sensibilité d'objets quantiques individuels (tels que des spins uniques) aux perturbations extérieures (tel qu'un champ magnétique), afin d'implémenter des senseurs quantiques aux performances ultimes dépassant celles de leurs équivalents classiques (tels que des nanomagnetomètres). L'objectif principal du projet de thèse est de réaliser un nouveau senseur quantique de température, en recourant à un objet quantique individuel (ici un spin unique niché dans du diamant). Le senseur combinera de façon unique forte sensibilité (en deçà du mK/sqrt(Hz)) et une résolution spatiale à l'échelle nanométrique. Réalisé dans du diamant, ce nanothermomètre biocompatible sera appliqué à la mesure de température d'objets biologiques individuels (tout d'abord des lignées cellulaires puis des protéines de choc thermique).

  • Titre traduit

    Hybrid quantum sensor for nanoscale thermometry


  • Résumé

    Advances in fundamental nanoscience and in a longer run nanotechnology-based manufacturing, all depend to a large extent on our ability to probe in an acute and reproducible manner properties or performance characteristics down to the nanoscale, such as thermal properties. Albeit huge progress achieved in thermal nanometrology during the past recent years, present nanoscale thermal sensors do not still meet current challenges in the field; both for applied prospects (nanoelectronics, nanophotonics, nanobiology…) or for fundamental science (nanothermodynamics…). At the same time, novel metrological approaches have emerged during the past year, relying on the strong sensitivity of single quantum systems (such as a single spin) to external perturbations (such as a magnetic field), to implement quantum sensors featuring ultimate performances surpassing the ones of their classical counterparts (such as nanomagnetometers). Main objective of the PhD work will be the implementation of a novel quantum sensor of temperature, relying on a single quantum object (a single spin nestled in diamond). It will provide an unprecedented combination of high sensitivity (below mK/sqrt(Hz)) and nanoscale spatial resolution. Implemented in a diamond matrix, this biocompatible nanothermometer will be applied to temperature sensing in single biological media (first cell lines and then heat-shock proteins).