Vue d'artiste de deux accouplés, modes de vibration d'un tambour de graphène. Le couplage peut être réglé électriquement pour transférer de l'énergie entre les modes et les hybrider. Crédit :Groupe Nanoélectronique, TIFR Bombay
Chercheurs de l'Institut de Recherche Fondamentale Tata, Bombay, ont démontré leur capacité à manipuler les vibrations d'un tambour d'une épaisseur nanométrique, réalisant ainsi le tambour le plus petit et le plus polyvalent au monde. Ce travail a des implications dans l'amélioration de la sensibilité des petits détecteurs de masse - très important dans la détection de la masse de petites molécules comme les virus. Cela ouvre également les portes à l'exploration de nouveaux aspects passionnants de la physique fondamentale.
L'oeuvre, récemment publié dans la revue Nature Nanotechnologie , fait usage de graphène, un matériau miracle d'une épaisseur d'un atome, pour fabriquer des tambours qui ont des fréquences mécaniques hautement accordables et un couplage entre divers modes. Le couplage entre les modes s'est avéré contrôlable, ce qui a conduit à la création de nouveaux, modes hybrides et, plus loin, permis d'amplifier les vibrations.
L'expérience a consisté à étudier les modes vibratoires mécaniques, ou "notes", semblable à un tambour musical. La petite taille du tambour (diamètre 0,003 mm, ou 30 fois plus petit que le diamètre d'un cheveu humain) a donné lieu à des fréquences vibratoires élevées de l'ordre de 100 mégahertz - ce qui implique que ce tambour vibre 100 millions de fois en une seconde. Le travail effectué par l'auteur principal, Doctorant John Mathew, dans le groupe nanoélectronique dirigé par le Pr Mandar Deshmukh, a montré que les notes de ces tambours pouvaient être contrôlées en utilisant une force électrique qui se plie, ou des souches, la batterie. La flexion du tambour a également provoqué l'interaction de différents modes du tambour. Cela conduit à un ballottement d'énergie entre deux notes.
"En utilisant cette interaction, nous montrons maintenant que l'énergie peut être transférée entre les modes conduisant à la création de nouvelles 'notes' dans le tambour", dit le professeur Deshmukh. Le taux de transfert d'énergie pourrait être contrôlé avec précision par des signaux électriques qui modulent le couplage. L'oeuvre, en outre, a utilisé le couplage de mode mécanique pour manipuler l'énergie perdue dans l'environnement et a démontré l'amplification du mouvement vibratoire, équivalent à une augmentation du son du tambour.
A basse température, les hautes fréquences mécaniques permettraient des études de transfert d'énergie de nature quantique entre les notes. Le couplage entre les différentes notes du tambour pourrait également être conçu pour fonctionner comme des circuits logiques mécaniques et conduire à des améliorations dans le traitement de l'information quantique. La capacité d'amplifier le mouvement mécanique contribuera également à améliorer la sensibilité des capteurs basés sur des tambours nanométriques.