Des chercheurs ont détecté le mouvement de roulement d'une onde nano-acoustique prédit par le célèbre physicien et prix Nobel Lord Rayleigh en 1885. Ce phénomène peut trouver des applications dans les technologies quantiques acoustiques ou dans les composants dits « phononiques », qui servent à contrôler la propagation des ondes acoustiques.

L'étude, publié dans la revue Avancées scientifiques , a été menée par des chercheurs de l'Université Purdue, l'Université d'Augsbourg, l'Université de Münster et l'Université de l'Alberta.

L'équipe a utilisé un nanofil à l'intérieur duquel les électrons sont forcés sur des chemins circulaires par le spin de l'onde acoustique. Les ondes acoustiques sont incroyablement polyvalentes dans la nanophysique moderne, car ils peuvent influencer à la fois les systèmes électroniques et photoniques. Par exemple, puces micro-acoustiques minuscules dans les ordinateurs, les smartphones ou les tablettes garantissent que les signaux sans fil reçus sont traités électroniquement. Cependant, malgré les larges utilisations des ondes nano-acoustiques, la propriété fondamentale de spin de l'onde nano-acoustique n'avait pas été détectée jusqu'à cette étude.

« Depuis le travail de pionnier de Lord Rayleigh, on sait qu'il existe des ondes acoustiques qui se propagent à la surface des solides et qui présentent un mouvement de roulement elliptique très caractéristique, " dit Hubert Krenner, professeur de physique, qui a dirigé l'étude à l'Université d'Augsbourg et a récemment déménagé à l'Université de Münster. « Dans le cas des ondes nano-acoustiques, nous avons maintenant réussi à observer directement ce spin transversal, c'est ce que nous, physiciens, appelons ce mouvement.

Dans leur étude, les chercheurs ont utilisé un nanofil extrêmement fin qui a été positionné sur un matériau dit piézoélectrique, niobate de lithium. Ce matériau se déforme lorsqu'il est soumis à un courant électrique, et, à l'aide de petites électrodes métalliques, une onde acoustique peut être générée sur le matériau.

A la surface du matériau, l'onde acoustique génère un champ électrique à rotation elliptique (giratoire). Cette, à son tour, force les électrons du nanofil sur des chemins circulaires.

"Jusqu'à présent, nous connaissions ce phénomène pour la lumière, " dit Zubin Jacob, Professeur agrégé Elmore de Purdue en génie électrique et informatique. "Maintenant, nous avons réussi à démontrer qu'il s'agit d'un effet universel, qui se produit également dans d'autres types d'ondes telles que les ondes sonores sur une plate-forme technologiquement importante, niobate de lithium."

Les résultats de recherche présentés constituent un jalon :Le spin transversal, observé pour la première fois, peut être utilisé spécifiquement pour contrôler des nano-systèmes ou transférer des informations.

"Nous avons observé le mouvement des électrons dans les nanofils, qui ont été faites à l'Université technique de Munich, à travers la lumière émise par les électrons, " dit Maximilian Sonner, un doctorat étudiant à l'Institut de physique de l'Université d'Augsbourg.

collègue de Sonner, Lisa Janker, ajoutée, "Nous utilisons ici un stroboscope extrêmement rapide, ce qui nous permet d'observer pratiquement ce mouvement en temps réel, même à des fréquences plus élevées jusqu'au gigahertz."

Farhad Khosravi, qui a récemment terminé son doctorat. dans le groupe de recherche de Jacob, avait transféré ses calculs pour la lumière directement sur l'onde acoustique de Rayleigh. « On sait depuis longtemps que les ondes lumineuses et les ondes sonores ont des propriétés similaires. Néanmoins, l'étendue de la correspondance pour leurs propriétés de spin est vraiment phénoménale, ", a déclaré Khosravi.

Les chercheurs sont convaincus que le principe universel de spin-physique sous-jacent à ce phénomène conduira à d'importantes avancées technologiques. L'équipe travaille maintenant à lier le spin transversal des ondes acoustiques avec le spin d'autres ondes.

"Ce que nous devons faire ensuite, c'est utiliser ce spin acoustique transversal spécifiquement pour manipuler des systèmes quantiques optiques ou le spin de la lumière, par exemple, " dit Jacob.