Le monde des nanocapteurs peut être physiquement petit, mais la demande est grande et croissante, avec peu de signe de ralentissement. À mesure que les appareils électroniques deviennent plus petits, leur capacité à fournir des précisions, la détection sur puce des propriétés physiques dynamiques telles que le mouvement devient difficile à développer.

Un groupe international de chercheurs a mis une tournure littérale à ce défi, démonstration d'un nouveau résonateur optomécanique à l'échelle nanométrique capable de détecter un mouvement de torsion à une sensibilité proche de l'état de l'art. Leur résonateur, dans laquelle ils couplent la lumière, démontre également le mélange de fréquence de torsion, une nouvelle capacité à impacter les énergies optiques à l'aide de mouvements mécaniques. Ils rapportent leur travail cette semaine dans le journal Lettres de physique appliquée .

"Avec les développements de la nanotechnologie, la capacité de mesurer et de contrôler le mouvement de torsion à l'échelle nanométrique peut fournir un outil puissant pour explorer la nature, " a déclaré Jianguo Huang de l'Université Xi'an Jiaotong en Chine, l'un des auteurs de l'ouvrage. Il est également affilié à l'Université technologique de Nanyang et à l'Institut de microélectronique, A*STAR à Singapour. « Nous présentons une nouvelle conception de « poutre dans la cavité » dans laquelle un résonateur mécanique de torsion est intégré dans une cavité optique de piste de course, pour démontrer la détection de mouvement de torsion à l'échelle nanométrique."

La lumière a déjà été utilisée de manière assez similaire pour détecter la flexion mécanique ou la « respiration » des nanomatériaux, nécessitant généralement un couplage complexe et sensible à la source lumineuse. Cette nouvelle approche est nouvelle non seulement dans sa détection de couples à l'échelle nanométrique, mais aussi dans sa conception de couplage de lumière intégrée.

En utilisant un procédé de nanofabrication à base de silicium, Huang et son équipe ont conçu le dispositif pour permettre à la lumière de se coupler directement via un réseau gravé à une configuration de guide d'ondes, appelé cavité d'hippodrome, dans lequel se trouve le nanorésonateur.

"Comme la lumière est couplée dans la cavité de la piste de course à travers un coupleur de grille, le mouvement de torsion mécanique dans la cavité modifie la propagation de la lumière et modifie [la] puissance de la lumière de sortie, " a déclaré Huang. " En détectant la petite variation de la lumière de sortie, les mouvements de torsion peuvent être mesurés."

Au-delà de la simple détection des couples sur leurs bras de levier de longueur micron, les résonateurs peuvent également affecter les propriétés optiques résultantes du signal incident. La fréquence de torsion du système mécanique se mélange aux signaux optiques modulés.

"La partie la plus surprenante est que lorsque nous modulons la lumière d'entrée, on peut observer le mélange de fréquence, " a déclaré Huang. "C'est passionnant pour le mélange de fréquences car cela n'a été démontré auparavant que par les modes de flexion ou de respiration. C'est la première démonstration du mélange de fréquence de torsion, ce qui peut avoir des implications pour la modulation du signal RF sur puce, tels que les récepteurs super-hétérodynes utilisant des résonateurs mécaniques optiques."

Ce n'est que le début des utilisations potentielles des nanocapteurs basés sur le couple. Théoriquement, il existe un certain nombre d'astuces de fréquence que ces appareils pourraient jouer pour les applications de traitement et de détection du signal.

"Nous continuerons à explorer les caractères uniques de ce capteur optomécanique de torsion et essayerons de démontrer de nouveaux phénomènes, telles que l'inférence de couplage optomécanique dispersif et dissipatif caché derrière la détection, " dit Huang. " Pour l'ingénierie, des matériaux magnétiques ou électriquement sensibles peuvent être appliqués sur la surface des poutres de torsion pour détecter de petites variations de champs physiques, tels que les champs magnétiques ou électriques pour servir de capteurs multifonctionnels.