Des scientifiques ont créé des surfaces imprimées en 3D dotées de textures complexes qui peuvent être utilisées pour éloigner les particules de gaz indésirables des capteurs quantiques, permettant ainsi aux particules utiles comme les atomes d’être délivrées plus efficacement, ce qui pourrait améliorer la précision des mesures.
Les chercheurs de l’École de physique et d’astronomie de l’Université de Nottingham ont créé des textures de surface complexes et à fine échelle qui renvoient préférentiellement les particules incidentes dans des directions particulières. Cela peut aider à éloigner les particules indésirables. L’équipe a démontré cela en l’appliquant à une pompe à vide à surface et a triplé le taux d’élimination des particules de gaz gênantes.
Les capteurs quantiques utilisent des objets quantiques microscopiques pour mesurer le magnétisme, la gravité et d’autres effets avec une précision sans précédent. Ils sont appelés à révolutionner les diagnostics médicaux, la navigation et la recherche scientifique. L’extrême sensibilité de ces objets quantiques signifie qu’ils ne doivent pas être heurtés ou bousculés par les molécules d’air, ils ne fonctionnent donc que sous vide. L’air qui nous entoure est suffisamment dense pour que les particules de gaz se heurtent constamment les unes aux autres, mais dans un vide poussé, les particules peuvent parcourir des mètres, voire des kilomètres, avant d’en heurter une autre.
Contrôler la dynamique des gaz sous vide poussé est essentiel pour garantir la précision des mesures et bien que les capteurs quantiques fonctionnent généralement dans des vides poussés hautement contrôlés, des particules indésirables parviennent encore occasionnellement à s’introduire et génèrent du bruit.
Pour lutter contre cela, l’équipe de Nottingham a créé un système de la taille d’un palet de hockey sur glace en imprimant en 3D un alliage de titane avec différentes surfaces à motifs – des alvéoles hexagonales et des protubérances coniques – conçues pour augmenter le nombre de fois qu’un atome incident entre en contact avec la surface. Le système s’adapte aux ports d’une chambre à vide commerciale.
Nathan Cooper, chercheur à l’École de physique et d’astronomie et auteur principal de l’article, a déclaré : « Nous découvrons encore les textures de surface les plus efficaces ; les candidats prometteurs incluent un motif hexagonal semblable à un nid d’abeille et un motif tridimensionnel complexe dérivé d’œuvres d’art inspirées de la géométrie. Cette innovation relativement low-tech peut considérablement améliorer les technologies quantiques avancées. »
Les auteurs ont testé à quel point les surfaces structurées pouvaient améliorer les pompes à vide à surface, mesurant jusqu’à 3,8 fois le taux de pompage par unité de surface pour les échantillons testés. Des simulations ont révélé des motifs de surface réalisables qui pourraient offrir une augmentation jusqu’à dix fois.
Ben Hopton, doctorant et co-auteur de l’article, a souligné : « Ce qui est passionnant dans ce travail, c’est qu’une ingénierie de surface relativement simple peut avoir un effet étonnamment important. En déplaçant une partie de la charge des pompes actives vers un pompage passif basé sur la surface, cette approche a le potentiel de réduire considérablement, voire de supprimer, le besoin de pompes encombrantes dans certains systèmes à vide, permettant aux technologies quantiques d’être bien plus portables. »
Article : Exploiting complex 3D-printed surface structures for portable quantum technologies – Journal : Physical Review Applied – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source: Nottingham U.
