Comment faire de la mécanique ? Comment prendre des mesures, analyser le mouvement d'un objet de façon quantitative ? Comment trouver la loi horaire de ce mouvement ? Comment faire tout cela avant le lycée, avant l'apprentissage des rudiments du calcul différentiel tel que la dérivation et l'intégration ? Cet article tente de répondre à ces questions. En effet, son objet est de proposer un déroulement d'atelier afin d'initier les élèves des écoles primaires ou des collèges à la physique et plus particulièrement à la mécanique sans recourir au langage mathématique des dérivés, des primitives ou des équations différentielles. Ce travail s'est beaucoup appuyé sur diverses expériences de collègues ayant mis en place des ateliers de physique dans des classes de la maternelle au lycée en passant par l'élémentaire et le collège [1-4]. Dans ces ateliers mis en place pour des animations pour des scolaires âgés de 8 à 18 ans, il s'agissait simplement de présenter en quoi consiste la mécanique, quels sont les outils, les grandeurs physiques… dont il faut se doter pour pratiquer des expériences de mécanique et de les mettre en pratique. La première partie montrera comment nous proposons de présenter et définir la mécanique aux élèves. Nous y introduirons les notions de mesure, d'étalon, d'horloge, de repère spatial, de vitesse et d'accélération. Nous étudierons qualitativement le mouvement « la chute des corps » dans la deuxième partie. Ce mouvement sera étudié de façon semi-quantitative dans la dernière partie de cet article dans le cas de l'expérience historique de Galilée du « plan incliné », expérience qui ouvrira la voie à la physique moderne illustrant les propos du savant italien : « la nature est un livre écrit en langage mathématique ».

Quantum sensors harness the high sensitivity of quantum systems to external perturbations to accurately measure various physical quantities. Among the quantum systems employed for sensing purposes, the nitrogen-vacancy (NV) defect in diamond has garnered considerable attention as a magnetometer. A single NV center can be integrated in a scanning probe microscope to build a highly sensitive imaging tool which is particularly adapted to the investigation of antiferromagnets. Two approaches are possible, either the measurement of small static stray fields or the detection of magnetic noise.For canted antiferromagnetic textures, like the cycloidal state in multiferroic bismuth ferrite, the NV center can probe the stray field produced by the uncompensated moments, revealing the presence of topological defects in the magnetic order at the surface of bulk single crystals [1].Alternatively, thermally activated spin waves confined in domain walls generate a magnetic noise to which the NV center is also sensitive. This property allows the localization of the domain walls, which was demonstrated in synthetic antiferromagnets [2].Besides the NV centers, new sensors are emerging as magnetic field probes like the boron vacancies in h-BN, which offer the possibilty to integrate a sensing layer inside a van der Waals heterostructure [3].[1] Finco et al., Physical Review Letters, 128, 187201 (2022)[2] Finco et al., Nature Communications 12, 767 (2021)[3] Kumar et al., Physical Review Applied, 18, L061002 (2022)

NV centers are defects in diamond which can be used as quantum sensors to probe magnetism at the nanoscale when integrated in an atomic force microscope. Such a measurement relies on the spin S = 1 of the NV center: the static stray field produced by a magnetic state induces a Zeeman shift on the spin sublevels, which can be detected optically. The high magnetic sensitivity of this technique allows the imaging of complex antiferromagnetic states, in BiFeO3 for example [1].In addition, NV centers are also sensitive to spin waves, as the magnetic noise originating from thermally activated spin waves accelerates its spin relaxation. In this case, the enhanced relaxation leads to a decrease of the photoluminescence emitted by the NV center [2], which allows an easy localization of spin waves interacting with magnetic textures. We applied this approach to the study of Co-based perfectly compensated synthetic antiferromagnetic layers [3], in which we were able to observe spin waves channeled inside the domain walls [4].We report here on a more detailed investigation of domain walls and skyrmions in synthetic antiferromagnetic layers, revealing that the spatial distribution of the noise and its amplitude are related to the chirality of the magnetic texture. In particular for skyrmions, the magnetic noise contrast around their boundary is linked to their internal structure. [1] A. Finco et al, Physical Review Letters 128, 187201 (2022). [2] M. Rollo et al, Physical Review B 103, 235418 (2021). [3] W. Legrand et al, Nature Materials 19, 34–42 (2020). [4] A. Finco et al, Nature Communications 12, 767 (2021).

I present here an overview of our first year of development of PyMoDAQ plugins for our scanning NV center microscope.