Des scientifiques du Kavli Institute of Nanoscience de la TU Delft ont démontré qu'ils peuvent détecter des changements de position et des forces extrêmement faibles sur de très petits tambours de graphène. Les tambours en graphène ont un grand potentiel pour être utilisés comme capteurs dans des appareils tels que les téléphones portables. Grâce à leurs propriétés mécaniques uniques, ces tambours pourraient également servir de puces mémoire dans un ordinateur quantique. Les chercheurs présentent leurs découvertes dans un article paru dans l'édition du 24 août de Nature Nanotechnologie . La recherche a été financée par la Fondation FOM, le programme Marie-Curie de l'UE, et NWO.

Le graphène est célèbre pour ses propriétés électriques spéciales, mais la recherche sur le graphite mince à une couche a récemment été étendue pour explorer le graphène en tant qu'objet mécanique. Grâce à leur masse extrêmement faible, de minuscules feuilles de graphène peuvent être utilisées de la même manière que la peau de tambour d'un musicien. Dans l'expérience, les scientifiques utilisent la lumière à micro-ondes pour « jouer » les tambours de graphène, d'écouter son « son nano », et d'explorer la façon dont le graphène dans ces tambours se déplace.

Le Dr Vibhor Singh et ses collègues l'ont fait en utilisant une membrane cristalline 2D comme miroir dans une « cavité optomécanique ». "En optomécanique, vous utilisez le motif d'interférence de la lumière pour détecter de minuscules changements dans la position d'un objet. Dans cette expérience, nous avons tiré des photons micro-ondes sur un petit tambour de graphène. Le tambour agit comme un miroir :en regardant l'interférence des photons micro-ondes rebondissant sur le tambour, nous sommes capables de détecter des changements infimes dans la position de la feuille de graphène de seulement 17 femtomètres, près de 1/10000ème du diamètre d'un atome.", Singh explique.

La "lumière" à micro-ondes de l'expérience n'est pas seulement bonne pour détecter la position du tambour, mais peut aussi pousser sur le tambour avec une force. Cette force de la lumière est extrêmement petite, mais la petite masse de la feuille de graphène et les minuscules déplacements qu'elle peut détecter signifient que le scientifique peut utiliser ces forces pour « battre le tambour » :les scientifiques peuvent secouer le tambour de graphène avec l'élan de la lumière. En utilisant cette pression de rayonnement, ils ont fabriqué un amplificateur dans lequel les signaux micro-ondes, tels que ceux de votre téléphone portable, sont amplifiés par le mouvement mécanique du tambour.

Les scientifiques montrent également que vous pouvez utiliser ces tambours comme « puces de mémoire » pour les photons micro-ondes, convertir les photons en vibrations mécaniques et les stocker jusqu'à 10 millisecondes. Bien que ce ne soit pas long selon les normes humaines, c'est long pour une puce informatique. "L'un des objectifs à long terme du projet est d'explorer des tambours de cristal 2D pour étudier le mouvement quantique. Si vous frappez un tambour classique avec un bâton, la peau du tambour va commencer à osciller, secouant de haut en bas. Avec un tambour quantique, cependant, vous pouvez non seulement faire monter et descendre la peau du tambour, mais aussi en faire une "superposition quantique", dans lequel la peau du tambour monte et descend en même temps ", dit le chef du groupe de recherche, le Dr Gary Steele. "Ce mouvement quantique "étrange" n'a pas seulement une pertinence scientifique, mais pourrait également avoir des applications très pratiques dans un ordinateur quantique en tant que "puce de mémoire" quantique".

Dans un ordinateur quantique, le fait que des « bits » quantiques pouvant être à la fois à l'état 0 et 1 lui permettent d'effectuer potentiellement des calculs beaucoup plus rapidement qu'un ordinateur classique comme ceux utilisés aujourd'hui. Les tambours de graphène quantique qui « secouent de haut en bas en même temps » pourraient être utilisés pour stocker des informations quantiques de la même manière que les puces de RAM dans votre ordinateur, vous permettant de stocker le résultat de votre calcul quantique et de le récupérer ultérieurement en écoutant son son quantique.