Des techniques innovantes dans les nanoparticules, l'optique et les ondes-matière, qui repoussent les limites du monde quantique
Ce projet financé par l'UE était très ambitieux par son envergure et ses objectifs scientifiques, comme l'explique son coordinateur le professeur Markus Arndt de l'université de Vienne. Son équipe a été la première à observer la délocalisation quantique, à l'échelle du micromètre et jusqu'à 10 ms, pour des molécules et des nanoparticules complexes, constituées de dizaines ou de plusieurs centaines d'atomes fermement liés. Le projet NANOQUESTFIT se caractérisait par de solides bases théoriques et une forte visée technologique. Il voulait concevoir de nouvelles méthodes de synthèse chimique pour préparer des macromolécules et des nanoparticules avec une queue, dont il serait possible de préparer sous vide poussé des faisceaux avec une faible vitesse, et de les détecter avec une sensibilité au niveau de la molécule. Le projet a aussi développé des techniques quantiques, avec des séparateurs de faisceaux onde-matière ultra minces, jusqu'au niveau d'un graphène monocouche, et étudié l'usage de réseau de diffraction par réflexion. Il a aussi montré qu'un seul photon absorbé peut servir de séparateur de faisceau cohérent pour une seule macromolécule. «Très concrètement, notre projet est aussi la base de nouveaux systèmes de métrologie moléculaire, capables de mesurer avec une grande sensibilité des propriétés de molécules et de nanoparticules, car l'usage d'ondes-matières crée des franges d'interférence quantiques servant en quelque sorte de règle nanométrique», commentait le professeur Arndt. Explorer la nature ondulatoire de la matière Les chercheurs de NANOQUESTFIT ont exploré la nature ondulatoire de la matière, qui découle de l'équation de Schrödinger, la loi la plus fondamentale de la physique quantique non relativiste. Elle prévoit que même des objets massifs peuvent se conduire comme des ondes et se délocaliser sur des distances macroscopiques, à condition d'être préparés adéquatement et de ne pas être perturbés. Cette délocalisation revient à dire que chaque particule peut être simultanément à plusieurs endroits. Les éléments d'optique quantique divisent en plusieurs trajets la fonction d'onde mécanique quantique de chaque molécule ou groupe entrant, de manière cohérente (avec une relation fixe pour la phase). Ces divers faisceaux ondulatoires peuvent ensuite être recombinés par un ou plusieurs ensembles de séparateurs. «Durant NANOQUESTFIT, nous avons bien progressé dans cette voie. Nous avons conçu pour cela de nouveaux éléments nanomécaniques. Ils ont été percés de petits trous, jusqu'à 50 nm de diamètre et espacés de 100 nm», poursuit le professeur Arndt. «Nous avons montré qu'ils étaient tous utiles comme séparateurs de faisceaux ondes-matière. J'estime qu'il conviendra de repenser l'intérêt des masques de diffraction mécaniques. Ils sont compacts, fiables, et n'utilisent pas d'énergie. Ils sont toujours très prometteurs pour réaliser des interféromètres atomiques compacts.» Les prochaines étapes de NANOQUEST Le professeur Arndt a confirmé que la détection ondes-matière est le prochain objectif, mais que le système doit encore être perfectionné. L'équipe du projet compte développer cette méthodologie, également en collaboration avec un constructeur de laser de renom international, et en s'élargissant vers la science des matériaux et la physique des agglomérats. Les partenaires du projet discutent d'autres idées, bien plus proches de la commercialisation. Elles visent des besoins et des aspects locaux de la recherche quotidienne, pour faciliter le travail dans un laboratoire laser ou avec des spectromètres de masse. «C'est plutôt fréquent pour ce genre de projet: il engendre des idées adventices qui pourraient être utiles au-delà de l'objectif initial», souligne le professeur Arndt. «Mais l'une de nos priorités est d'améliorer la métrologie de molécules, d'agglomérats et de nanoparticules, et nous concentrerons nos efforts sur ce point.»
Mots‑clés
NANOQUESTFIT, UV optique, séparateurs de faisceau onde-matière, détection onde-matière, éléments nanomécaniques, nanoparticules, graphène, FET, Technologies futures et émergentes
