Une imperfection dans un réseau cristallin qui peut héberger des états quantiques utiles pour des applications de détection.En physique du solide, un défaut est toute imperfection dans l'arrangement régulier des atomes d'un réseau cristallin — un atome manquant, un atome supplémentaire ou une impureté. Loin d'être simplement un défaut, un défaut peut agir comme un « piège » localisé pour les électrons ou les spins, créant des niveaux d'énergie quantiques discrets extrêmement sensibles aux influences externes comme les champs magnétiques, les champs électriques ou la température. Cette sensibilité est ce qui rend les défauts si précieux pour la détection quantique : ils peuvent transduire un minuscule changement physique en un signal optique ou électrique mesurable.
Le concept de défauts de réseau a été introduit dans les années 1930 par Yakov Frenkel et Walter Schottky, qui ont proposé que les fluctuations thermiques créent des lacunes et des interstitiels. L'application de détection quantique des centres NV a été démontrée à la fin des années 2000 par des groupes de Stuttgart et de Harvard.
Un exemple courant est le centre azote-lacune (NV) dans le diamant, où un atome de carbone est remplacé par de l'azote et un site adjacent est vide. Ce défaut possède un spin électronique non apparié qui peut être initialisé et lu avec de la lumière. Lorsque le spin précesse dans un champ magnétique, son état quantique change d'une manière qui dépend de l'intensité du champ ; en mesurant l'état du spin, on peut déduire le champ magnétique avec une résolution spatiale nanométrique. D'autres défauts, comme les lacunes dans le carbure de silicium, fonctionnent de manière similaire pour les champs électriques ou la température.
Les capteurs quantiques à base de défauts sont utilisés en magnétométrie à haute résolution pour cartographier les champs magnétiques en science des matériaux, en biologie pour détecter l'activité neuronale, et en géophysique pour mesurer le magnétisme des roches.
Le centre azote-lacune dans le diamant peut détecter un spin électronique unique à quelques nanomètres de distance, ce qui en fait l'une des sondes magnétiques les plus sensibles jamais conçues.