In this work we investigate the properties of negatively charged nitrogen-vacancy (NV−) centres created during single crystal diamond growth by chemical vapour deposition (CVD) on [113]-oriented substrates and with N2O as a dopant gas. The use of spin echo and double electron-electron resonance (DEER) allows us to assess NV− ratio with respect to substitutional nitrogen impurities (N_S0) incorporated during growth, a critical figure of merit for quantum technologies. We demonstrate that, at moderate growth temperatures (800 °C), dense NV− ensembles of several hundreds of ppb (800 ppb for 50 ppm of added N2O) and with exceptionally high NV−/N_S0 ratios of up to 25% can be achieved. This NV− creation yield is higher by at least an order of magnitude to that typically obtained on standard [100]-grown diamonds and comparable to the best values reported for electron-irradiated diamonds. The material obtained here thus advantageously combines a high NV− density, high creation yield, long coherence times of several tens of μs together with a partial preferential orientation. These are highly desirable requirements for diamond-based quantum sensors that may spur new developments with this crystalline orientation leading to improved performance and sensitivity.

Heat capacity of the nuclear spin system (NSS) in GaAs-based microstructures has been shown to be much greater than expected from dipolar coupling between nuclei, thus limiting the efficiency of NSS cooling by adiabatic demagnetization. It was suggested that quadrupole interaction induced by some small residual strain could provide this additional reservoir for the heat storage. We check and validate this hypothesis by combining nuclear spin relaxation measurements with adiabatic remagnetization and nuclear magnetic resonance experiments, using electron spin noise spectroscopy as a unique tool for detection of nuclear magnetization. Our results confirm and quantify the role of the quadrupole splitting in the heat storage within NSS and provide additional insight into fundamental, but still actively debated relation between a mechanical strain and the resulting electric field gradients in GaAs.

Nous avons conçu un prototissu biomimétique comme modèle de tissus cellulaires qui permet d'identifier le rôle individuel des différents constituants cellulaires qui jouent un rôle dans le comportement rhéologique des tissus. L'objectif final est de caractériser le comportement d'écoulement de ce prototissu sous confinement microfluidique. La première partie de la thèse se concentre sur la conception et la synthèse du prototissu à partir de l'assemblage de Vésicules Unilamellaires Géantes (GUVs). Le système ligand-récepteur que nous avons utilisé pour l'assemblage est la paire streptavidine-biotine. Nous avons démontré qu'en modifiant le rapport streptavidine-biotine, le nombre de vésicules en solution et la concentration de biotine dans la membrane des vésicules, il est possible de contrôler la taille des agrégats et la compacité du tissu. Nous avons également modifié la morphologie du tissu biomimétique en changeant la méthode d'incubation, passant ainsi de formes 3D à une structure monocouche 2D. Un autre système d'adhésion basé sur des complémentarités de séquences d’ADN a également été évalué. Il s'est avéré efficace pour contrôler l'adhésion entre les vésicules, et a permis de concevoir des prototissus avec un niveau élevé de compaction. Dans la deuxième partie de la thèse, la rhéologie de ce tissu biomimétique a été testée au moyen d'une configuration microfluidique. Plus précisément, une pression contrôlée a été appliquée et la déformation de l'agrégat lors de son écoulement à travers une constriction a été suivie. Le changement de taille et de forme de l'agrégat a été calculé pour les petits agrégats, ce qui a contribué à élucider la nature de leur comportement élastique. Pour les agrégats plus grands, le mouvement vers l'avant du front de l'agrégat dans une constriction microfluidique en fonction du temps a été mesuré. Il a été possible d'observer un comportement viscoélastique, que nous avons comparé à celui observé dans les tissus épithéliaux. Le modèle de prototissu et les outils que nous avons développés pour caractériser sa rhéologie peuvent être mis en oeuvre à présent pour étudier les propriétés mécaniques des tissus cellulaires en faisant varier ses propriétés clés : l'adhésion entre les cellules individuelles, les propriétés mécaniques du cytosquelette et l'activité cellulaire.