Le contrôle actif in situ de la lumière à l'échelle nanométrique reste un défi en physique moderne et en nanophotonique en particulier. Une approche prometteuse consiste à tirer parti de la maturité technologique des systèmes nanoélectromécaniques (NEMS) et à combiner la technologie avec l'optique sur puce, mais l'intégration de si petits dispositifs avec des champs optiques reste difficile.

Dans un ouvrage récent publié dans Communication Nature , Chercheurs ICFO Dr. Antoine Reserbat-Plantey, Kevin G. Schadler, et Dr Louis Gaudreau, dirigé par les professeurs ICREA de l'ICFO Frank H. L. Koppens et Adrian Bachtold et le professeur ICFO Darrick Chang, ont présenté un nouveau type de système hybride constitué d'un NEMS de graphène sur puce suspendu à quelques dizaines de nanomètres au-dessus des centres de lacune d'azote (CNV), qui sont stables, émetteurs monophotoniques intégrés dans des nanodiamants. Leurs travaux ont confirmé que le graphène est une plate-forme idéale pour la nanophotonique et la nanomécanique.

Pour leur étude, les chercheurs ont fabriqué pour la première fois un dispositif hybride aussi original. En raison de ses propriétés électromécaniques, Le graphène NEMS peut être actionné et dévié électrostatiquement sur quelques dizaines de nanomètres avec des tensions modestes appliquées à une électrode de grille. Le mouvement du graphène peut ainsi être utilisé pour moduler l'émission lumineuse par la NVC, tandis que le champ émis peut être utilisé comme sonde universelle de la position du graphène. Le couplage optomécanique entre le déplacement du graphène et l'émission NVC est basé sur des interactions dipôle-dipôle en champ proche.

Les chercheurs ont pu constater que la force de couplage augmente fortement pour les distances plus courtes et est améliorée en raison du caractère bidimensionnel (2D) et de la dispersion linéaire du graphène. Ces réalisations sont prometteuses pour le contrôle sélectif des réseaux d'émetteurs sur puce, spectroscopie optique de nano-objets individuels, traitement de l'information optomécanique intégré, et ouvre de nouvelles voies vers l'optomécanique quantique.