Des physiciens américains et allemands ont découvert que les propriétés uniques des cristaux temporels discrets peuvent être utilisées pour détecter des oscillations de champ magnétique extrêmement faibles. L'équipe d'Ashok Ajoy de l'Université de Californie à Berkeley a publié ces résultats dans la revue Nature Physics, révélant pour la première fois que les cristaux temporels discrets pourraient dépasser leur caractère de curiosité théorique et présenter une valeur pratique.

Les cristaux temporels discrets (DTCs) sont une phase particulière de la matière qui défie les conventions des matériaux classiques. Alors que les cristaux ordinaires sont constitués d'atomes ou de molécules arrangés de manière périodique dans l'espace, les DTCs, sous l'effet d'un forçage externe, voient leur structure osciller périodiquement sans atteindre un état d'équilibre thermique.

Paul Schindler, co-auteur de l'Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes, déclare : « Depuis leur première démonstration expérimentale en 2017, l'étude de ces états a été menée avec passion. Mais une question cruciale demeurait : cet ordre exotique peut-il être transformé en un outil utile ? »

Ajoy, Schindler et leurs collègues ont étudié comment exploiter les oscillations d'un cristal temporel discret pour construire un capteur quantique. Ils ont analysé la réponse d'un cristal temporel discret à un champ magnétique oscillant à sa fréquence propre.

En physique classique, ce type de force induit une résonance, amplifiant les vibrations et conservant la fréquence propre. Cependant, un cristal temporel discret en résonance s'ajuste à une fréquence double de celle de la force motrice, prolongeant ainsi sa durée de vie. Ce phénomène ne se produit que dans une plage étroite de fréquences du forçage.

Schindler souligne : « Nous en avons fait un mécanisme de détection : le cristal temporel ne s'"active" que lorsque la fréquence du signal correspond, formant un détecteur à bande étroite. Contrairement aux approches traditionnelles, la précision est déterminée par la durée de vie du cristal temporel, et non par les interactions entre spins. »

Les chercheurs ont utilisé un cristal temporel discret pour détecter de faibles champs magnétiques oscillants couplés aux spins nucléaires des atomes de carbone dans un diamant. En ajustant le protocole de forçage, ils ont pu affiner finement la fenêtre de fréquence de résonance, permettant au capteur de détecter avec une haute résolution des oscillations dans la plage de 0,5 à 50 kHz.

Cette gamme de fréquences est difficile à capter pour d'autres capteurs quantiques, comme les systèmes basés sur des vapeurs atomiques, qui sont mieux adaptés aux fréquences extrêmement basses ou élevées. Schindler ajoute : « Il hérite de la robustesse de l'ordre du cristal temporel, résistant aux imperfections expérimentales comme les erreurs d'impulsion ou l'hétérogénéité de l'échantillon. Le capteur exploite les interactions à plusieurs corps plutôt que d'éviter les interactions entre spins. »

Bien que les cristaux temporels discrets soient souvent considérés comme un phénomène théorique, les résultats de l'équipe d'Ajoy démontrent pour la première fois leur potentiel d'application pratique. Schindler prédit : « Le principe de détection est indépendant de la plateforme et pourrait s'appliquer à diverses plateformes de détection quantique comme les circuits supraconducteurs, les ions piégés ou les atomes froids, ouvrant une nouvelle direction pour des capteurs quantiques robustes basés sur le non-équilibre. »

Détails de la publication : Auteur : Sam Jarman ; Titre : « Discrete time crystal acts as a usable sensor for weak magnetic oscillations » ; Publié dans : Nature Physics (2026).