Des scientifiques du Swiss Nanoscience Institute et de l'Université de Bâle ont réussi à coupler une très petite boîte quantique avec 1, Nanofil en forme de trompette 000 fois plus gros. Le mouvement du nanofil peut être détecté avec une sensibilité de 100 femtomètres via la longueur d'onde de la lumière émise par la boîte quantique. Inversement, l'oscillation du nanofil peut être influencée par l'excitation de la boîte quantique avec un laser. Communication Nature publié les résultats.

Les équipes du professeur Richard Warburton et d'Argovie du professeur Martino Poggio du Département de physique et du Swiss Nanoscience Institute de l'Université de Bâle ont travaillé avec des collègues de l'Université Grenoble Alpes et du Commissariat aux énergies alternatives et à l'énergie atomique (CEA) de Grenoble pour coupler un résonateur mécanique microscopique avec une boîte quantique à l'échelle nanométrique. Ils ont utilisé des nanofils en arséniure de gallium d'une longueur d'environ 10 micromètres et d'un diamètre de quelques micromètres au sommet. Les fils se rétrécissent fortement vers le bas et ressemblent donc à de minuscules trompettes disposées sur le substrat. Près de la base, qui n'a qu'environ 200 nanomètres de large, les scientifiques ont placé un seul point quantique qui peut émettre des particules lumineuses individuelles (photons).

Les excitations entraînent des tensions

Si le nanofil oscille d'avant en arrière en raison d'une excitation thermique ou électrique, la masse relativement importante à l'extrémité large de la nano-trompette produit de grandes contraintes dans le fil qui affectent la boîte quantique à la base. Les points quantiques sont serrés les uns contre les autres et séparés; par conséquent, la longueur d'onde et donc la couleur des photons émis par la boîte quantique changent. Bien que les changements ne soient pas particulièrement importants, des microscopes sensibles dotés de lasers très stables - spécialement développés à Bâle pour de telles mesures - sont capables de détecter avec précision les changements de longueur d'onde. Les chercheurs peuvent utiliser les longueurs d'onde décalées pour détecter le mouvement du fil avec une sensibilité de seulement 100 femtomètres. Ils s'attendent à ce qu'en excitant la boîte quantique avec un laser, l'oscillation du nanofil peut être augmentée ou diminuée à volonté.

Utilisations potentielles dans les technologies des capteurs et de l'information

"Nous sommes particulièrement fascinés par le fait qu'un lien entre des objets de tailles aussi différentes soit possible, " dit Warburton. Il existe également diverses applications potentielles pour ce couplage mutuel. " Par exemple, nous pouvons utiliser ces nanofils couplés comme capteurs sensibles pour analyser des champs électriques ou magnétiques, " explique Poggio, qui étudie les applications possibles avec son équipe. "Il peut aussi être possible de placer plusieurs points quantiques sur le nanofil, utiliser le mouvement pour les relier entre eux et ainsi transmettre des informations quantiques, " ajoute Warburton, dont le groupe se concentre sur l'utilisation diversifiée des points quantiques en photonique.

Atomes artificiels aux propriétés spéciales

Les points quantiques sont des nanocristaux, et sont également connus sous le nom d'atomes artificiels car ils se comportent de la même manière que les atomes. Avec une étendue typique de 10 à 100 nanomètres, ils sont nettement plus gros que les atomes réels. Leur taille et leur forme, ainsi que le nombre d'électrons, peut varier. La liberté de mouvement des électrons dans les boîtes quantiques est considérablement restreinte; les effets quantiques qui en résultent leur confèrent des optiques très particulières, propriétés magnétiques et électriques. Par exemple, les points quantiques sont capables d'émettre des particules lumineuses individuelles (photons) après excitation, qui peuvent ensuite être détectés à l'aide d'un microscope laser sur mesure.