La souche peut être utilisée pour concevoir des propriétés inhabituelles à l'échelle nanométrique. Des chercheurs du laboratoire de Tobias Kippenberg à l'EPFL ont exploité cet effet pour concevoir une nanocorde à très faible perte. Une fois cueilli, la corde vibre pendant des minutes avec une période d'une microseconde (équivalent à une note de guitare standard jouée pendant un mois). En l'utilisant comme un microphone ultrasensible, les chercheurs espèrent pouvoir détecter le son des photons dans un faisceau laser. L'ouvrage est publié dans Science .

Une leçon de gestion du stress

Pour un ingénieur en mécanique, le stress est généralement une nuisance. Bien géré, cependant, il peut aussi être un outil puissant :Un corps élastique réagit aux contraintes en ajustant la distance entre ses atomes (souche), qui peut être utilisé pour contrôler les propriétés de ses électrons. Un exemple d'une telle ingénierie de contrainte élastique est le transistor moderne, dont la vitesse de fonctionnement est augmentée en sollicitant son matériau de grille en silicium.

Le stress peut également être utilisé pour concevoir les propriétés d'un corps élastique. Tendant une corde de guitare, par exemple, changera non seulement son son (sa fréquence vibratoire), mais aussi son facteur de qualité (le nombre de vibrations produites par un seul pincement). Cet effet, connu sous le nom de "dilution de dissipation, " en indésirable dans de nombreux milieux musicaux, mais dans d'autres domaines peut être un énorme avantage.

Le plus gros n'est pas toujours le meilleur

L'un de ces domaines est la nanomécanique, où le facteur de qualité d'un oscillateur dicte son utilité pour des applications telles que la détection de force. Au cours de la dernière décennie, les oscillateurs nanomécaniques contraints sont devenus un paradigme important en raison de leurs facteurs de qualité anormalement élevés ; cependant, cette tendance n'est pas tant un choix de conception qu'un artefact de contraintes importantes produites naturellement à l'échelle nanométrique.

Armé d'un ensemble d'outils puissant au Centre de MicroNanoTechnologie de l'EPFL, les chercheurs du laboratoire de Kippenberg se sont mis à concevoir des dispositifs nanomécaniques avec une dilution délibérément améliorée des contraintes et de la dissipation. Ils ont découvert qu'une corde est une géométrie idéale pour cela, bien que son mouvement doive être localisé loin de ses supports et co-localisé avec son profil de contrainte interne.

Pour répondre à ces exigences, les chercheurs ont modelé la corde dans une structure périodique dans laquelle les vibrations pourraient être piégées autour d'un défaut central :un cristal phononique. Pour co-localiser la déformation, le défaut est soigneusement effilé, et l'ensemble du motif est imprimé sur une ficelle d'environ 10 nm d'épaisseur et 1 cm de long (l'équivalent d'étirer le pont du Golden Gate à travers l'océan Pacifique).

Les mesures effectuées sur des dispositifs à nanocordes à température ambiante révèlent des modes localisés qui vibrent à 1 MHz pendant des dizaines de minutes, correspondant à un facteur de qualité de 800 millions. Transposé sur une corde de guitare standard, une note équivalente jouerait pendant un mois.

Écouter la lumière

De par leur faible masse et leurs facteurs de qualité extrêmes, des nanocordes similaires à celles développées dans le laboratoire de Kippenberg devraient avoir un impact important sur les applications de détection traditionnelles. Fonctionnant comme des capteurs de force, par exemple, ils sont capables de détecter des perturbations locales au niveau des attonewtons, équivalent à l'attraction gravitationnelle entre les êtres humains.

Une application intéressante consiste à détecter les forces lumineuses faibles. En couplant une nanocorde à un guide d'onde optique, Le laboratoire de Kippenberg a récemment démontré la capacité de détecter le doux son des photons circulant dans un faisceau laser (chacun conférant une petite force de pression de rayonnement à la corde). Dans une tournure surprenante, ils ont montré comment cette mesure pouvait être utilisée pour générer un état de lumière non classique connu sous le nom de lumière pressée, qui peut être utilisé pour améliorer la sensibilité d'un interféromètre optique.

Ils posent maintenant une autre question :est-il possible d'utiliser le même champ lumineux pour détecter les fluctuations du vide de la nanocorde (une conséquence de sa nature de type phonon) ? "Le principe d'incertitude de Heisenberg prédit que les deux capacités sont proportionnelles, " dit Dalziel Wilson, l'un des auteurs de l'article. "Le fonctionnement à cette soi-disant limite quantique standard offre la possibilité de refroidir un objet mécanique de taille tangible de la température ambiante au zéro absolu (son état fondamental en mouvement), le point de départ d'une myriade d'expériences quantiques."