Les ions de terre rare insérés dans des cristaux sont aujourd’hui au coeur d’intenses efforts de recherche fondamentale et appliquée, relevant des technologies quantiques mais aussi du traitement de signaux (analyse spectrale de signaux radio-fréquence, retournement temporel, filtrage…). Dans ces matériaux, les sources de décohérence sont scrutées avec intérêt car elles constituent une limite aux performances des architectures proposées. Parmi elles, les interactions entre les ions eux-mêmes étaient, croyait-on, plutôt bien comprises jusqu’ici.
Des chercheurs de l’Institut Langevin et de l’Institut Néel, qui développent ensemble depuis plus de 10 ans des architectures de traitement de signaux classiques et quantiques dans ls cristaux dopés aux ions de terre rare, se sont intéressés récemment aux effets optomécaniques liés à l’excitation optique des ions. Ils ont démontré en particulier que lors de l’excitation, le cortège électronique de l’ion excité change de forme, ce qui conduit à l’apparition d’un champ de contraintes mécaniques dans le cristal hôte. Ce champ de contraintes perturbe à son tour les ions environnants en décalant la position de leurs raies d’absorption (c’est l’effet piezospectroscopique). Ils ont ainsi démontré l’existence d’une nouvelle interaction entre les ions, véhiculée par la contrainte dans le cristal qui les accueille. Cette interaction, parfois majoritaire, apporte un éclairage nouveau sur les phénomènes de décohérence dans les ensembles de systèmes quantiques en matrice solide.
Figure : (a) Un ion représenté schématiquement par une sphère, inséré dans un solide. (b) le même ion après excitation dans un autre niveau électronique. Sa forme extérieure (ici son diamètre) est modifiée du fait de la reconfiguration du nuage électronique, ce qui crée un champ de contraintes autour de lui.
Reference :
A. Louchet-Chauvet, T. Chanelière
Strain-mediated ion-ion interaction in rare-earth-doped solids
Journal of Physics : Condensed Matter 35, 305501 (2023)
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