Un cristal où la lumière vit plus longtemps express
Un point lumineux dans un cristal, c'est comme un phare dans le brouillard : plus il brille longtemps, plus le signal est fiable. Dans les dispositifs quantiques, ce rôle de phare est joué par des ions de terres rares insérés dans un réseau transparent. Ils absorbent l'énergie et la restituent sous forme d'éclair lumineux. Mais si des atomes à moment magnétique se trouvent à proximité, l'éclair s'éteint rapidement.
Les chercheurs ont choisi l'oxyde de cérium – une substance où tous les noyaux atomiques sont « magnétiquement silencieux ». Dans ce film, ils ont ajouté deux types d'ions : de l'erbium et du thulium. L'erbium a brillé pendant 2,9 à 5,3 millisecondes – c'est comme une lampe qui reste allumée le temps de lire un paragraphe. Le thulium, lui, s'est allumé et éteint en 14 à 68 microsecondes – plus vite qu'un clin d'œil.
Les calculs l'ont confirmé : dans le thulium, les nuages électroniques de l'oxygène et du thulium se chevauchent, comme deux cercles sur un diagramme. Chez l'erbium, les cercles ne se croisent presque pas. C'est pourquoi l'erbium dans l'oxyde de cérium est un candidat prometteur pour la mémoire quantique, où un photon doit être stocké le plus longtemps possible.
L'oxyde de cérium est l'une des rares substances où tous les isotopes naturels ont un moment magnétique nucléaire nul. Ce « silence magnétique » permet aux états quantiques de vivre plus longtemps.