Microscopie à capteur quantique pour l'imagerie de l'ordre dans la matière condensée – QUAMION

Les capteurs quantiques exploitent la grande sensibilité des systèmes quantiques aux perturbations externes pour mesurer avec précision diverses quantités physiques. Parmi les systèmes quantiques utilisés comme détecteurs, le défaut azote-lacune (NV) du diamant a suscité une attention considérable en tant que magnétomètre et a ouvert de nouvelles perspectives dans l'imagerie magnétique à l'échelle nanométrique après son intégration dans un microscope à balayage. Cependant, l'utilisation des centres NV ne se limite pas à la magnétométrie, car ils sont également sensibles au champ électrique.
L'objectif du projet QUAMION est de mettre en évidence la pertinence de l'électrométrie NV à balayage comme outil d'imagerie de l'ordre ferroélectrique, avec l'atout d'être une technique quantitative et non-perturbative. Afin d'atteindre la sensibilité nécessaire, je m'appuierai sur des séquences d'écho de spin synchronisées avec le mouvement de la sonde locale, ce qui permet également d'ignorer les champs parasites statiques.
En outre, je démontrerai la possibilité de combiner la détection des champs magnétiques et électriques dans une mesure jointe. J'y parviendrai en ajustant la direction d'un champ magnétique de biais, qui rend le centre NV sensible ou bien au champ magnétique ou bien au champ électrique. Un tel microscope à balayage multifonctionnel fournira une solution unique pour sonder des ordres coexistants et interagissant au sein du même matériau, ce que je montrerai en cartographiant ensemble les composantes magnétiques et électriques de textures multiferroïques. Le projet QUAMION fera ainsi de la microscopie quantique à centres NV une technique privilégiée pour aborder des sujets émergents comme les textures topologiques multiferroïques ou l'exploration de matériaux multiferroïques bidimensionnels.