Les publications scientifiques montrent où de nouvelles technologies sont mises en œuvre. Les thèses de doctorat vont souvent encore plus loin : sur plusieurs années, de nouveaux montages de mesure, méthodes et expériences voient le jour – et les instruments utilisés deviennent alors une composante à part entière du travail de recherche.
Nous nous réjouissons d’autant plus qu’en 2026, trois thèses aient été publiées dans lesquelles la heliCam™ est utilisée pour la mesure de champs magnétiques par imagerie. Deux travaux à l’University of Maryland portent sur la Quantum Diamond Microscopy basée sur des centres lacune-azote (centres NV) dans le diamant. Une troisième thèse, au Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM, étudie la magnétométrie à champ nul par imagerie avec de fines cellules de vapeur de rubidium.
Les approches physiques sont très différentes. Elles partagent toutefois un même défi : de faibles signaux optiques modulés dans le temps doivent être résolus spatialement et détectés avec une grande sensibilité. La détection Lock-in parallèle au niveau des pixels de la heliCam™ offre ici des possibilités particulières.
Zechuan Yin : Quantum Diamond Microscopy avec des méthodes de mesure pulsées
Dans sa thèse « Advanced Quantum Magnetic Microscopy With Solid-State Spin Ensemble in Diamond », Zechuan Yin développe à l’University of Maryland un Quantum Diamond Microscope (QDM) de nouvelle génération.
Les centres NV dans le diamant peuvent être utilisés comme capteurs de champ magnétique à très haute sensibilité et être lus optiquement. Dans un Quantum Diamond Microscope, des ensembles de tels centres NV sont utilisés afin de mesurer les champs magnétiques non seulement en un point, mais sur l’ensemble d’un champ d’image.
L’un des axes majeurs du travail consiste à étendre ce principe à des méthodes avancées de capteurs quantiques pulsés. Pour cela, la plateforme QDM développée combine une caméra Lock-in rapide avec un générateur de formes d’onde arbitraires (AWG).
La plateforme permet notamment l’imagerie de champs magnétiques statiques et large bande avec des séquences de Ramsey, des mesures à bande étroite avec des protocoles de découplage dynamique, ainsi que l’imagerie RMN via le Coherently Averaged Synchronized Readout (CASR).
La détection Lock-in rapide permet ainsi l’évaluation parallèle des signaux de fluorescence modulés sur l’ensemble du champ d’image et contribue à transposer des méthodes établies de capteurs quantiques pulsés à la mesure par imagerie.
Jiashen Tang : champs magnétiques dynamiques avec une haute résolution temporelle
La thèse « Advancing Quantum Diamond Sensing for Dynamic Magnetic Imaging and Directional Rare-Event Detection » de Jiashen Tang a également été réalisée à l’University of Maryland.
Dans la première partie de son travail, Tang développe un Quantum Diamond Microscope pulsé pour la mesure par imagerie de champs magnétiques statiques et dynamiques. Le système combine la magnétométrie Double-Quantum Ramsey, le Spin-Bath Driving et la détection Lock-in rapide.
Le travail démontre ainsi une imagerie de champ magnétique avec une résolution temporelle inférieure à une milliseconde, tout en conservant une résolution spatiale de l’ordre du micromètre. Grâce à un moyennage stable, il est possible de résoudre des champs magnétiques jusqu’à la gamme du picotesla.
De telles caractéristiques sont particulièrement intéressantes pour des champs magnétiques faibles et variables dans le temps, par exemple issus de circuits électroniques, de matériaux innovants ou de systèmes biologiques.
Une autre partie de la thèse étudie les centres NV comme capteurs d’événements rares et de leur information directionnelle. Ce domaine de recherche suit un autre concept de mesure et illustre en même temps la grande diversité des capteurs quantiques actuels à base de diamant.
Ronja Rasser : plus de 7 000 points de mesure dans une fine cellule de vapeur de rubidium
Ronja Rasser adopte une autre approche physique dans sa thèse « Abbildende Nullfeldmagnetometrie mit dünnen Rubidiumdampfzellen » au Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM.
Ici, ce ne sont pas des centres NV dans le diamant, mais des atomes de rubidium pompés optiquement qui servent de capteurs de champ magnétique. Une cellule de vapeur de rubidium de seulement 300 µm d’épaisseur est lue optiquement sur une grande surface. Le champ magnétique local influence les propriétés optiques des atomes polarisés en spin ; la modulation résultante de la lumière transmise est détectée par la heliCam™ avec résolution spatiale.
Le système réalise, avec une seule cellule de vapeur, plus de 7 000 points de mesure individuels dans une zone circulaire d’environ 4 mm de diamètre. La résolution spatiale obtenue est d’environ 40 µm.
Le fait que cela permette de mesurer non seulement des champs statiques est démontré par la mesure d’un gradient de champ magnétique oscillant à 130 Hz. Une seule cellule de vapeur devient ainsi une caméra de champ magnétique bidimensionnelle.
Nous avons déjà présenté l’article Optics Express qui en a résulté dans notre billet « Trois nouveaux Research Papers avec la heliCam™ – Des champs magnétiques aux ondes millimétriques ». La thèse désormais publiée replace ces travaux dans le contexte plus large du développement des magnétomètres à champ nul par imagerie.
Trois thèses – deux concepts de capteurs – un principe de mesure commun
Les centres NV dans le diamant et les atomes de rubidium dans une cellule de vapeur reposent sur des principes physiques très différents. Les deux approches ont toutefois en commun que la caméra ne mesure pas directement le champ magnétique.
À la place, l’interaction du champ magnétique avec un système capteur quantique est lue optiquement. L’information recherchée se trouve alors dans de faibles variations d’un signal lumineux modulé.
C’est précisément là que la heliCam™ intervient : elle réalise la détection Lock-in en parallèle sur de nombreux pixels et associe ainsi une grande sensibilité à la mesure par imagerie.
Le fait que la heliCam™ ait été utilisée en 2026 dans trois thèses comme outil de développement de nouvelles méthodes de mesure magnétique nous réjouit tout particulièrement. Ces travaux montrent aussi comment l’imagerie Lock-in peut se combiner avec différents capteurs quantiques – du diamant NV à la cellule de vapeur atomique.
Nous félicitons Zechuan Yin, Jiashen Tang et Ronja Rasser pour la réussite de leurs thèses.
Vous trouverez ces travaux, ainsi que de nombreuses autres publications scientifiques avec la heliCam™, dans notre collection Publications sur la caméra Lock-in.
Heliotis AG