Une équipe internationale des Universités de Vienne, Duisburg-Essen et Tel Aviv ont créé une aiguille nanomécanique pour afficher l'heure d'une horloge électronique, en faisant tourner un petit cylindre à l'aide de lumière. Une nanotige en silicium, moins d'un millième de millimètre de long, peut être piégé dans l'air à l'aide de faisceaux laser focalisés, et filé pour suivre le tic-tac d'une horloge, ne perdant qu'un millionième de seconde en quatre jours. Ce travail sera publié dans Communication Nature .

Des horloges très régulières sont indispensables dans notre vie de tous les jours. Ils nous permettent de naviguer, des chronomètres de marine utilisés pour déterminer la longitude, au GPS. Des horloges stables alimentent Internet, définir la vitesse à laquelle les informations peuvent être envoyées et reçues.

Si votre garde-temps est très précis, il est facile de détecter même de petits changements dans sa régularité. En mesurant le mouvement d'un objet physique qui garde le temps, comme le pendule d'une horloge grand-père, et en le comparant à une référence électronique, alors on peut détecter des perturbations, telles que les vibrations du boîtier.

Dans une recherche publiée dans Communication Nature , Stefan Kuhn à l'Université de Vienne et ses collègues ont créé une étonnamment stable, aiguille matérielle pour une horloge électronique, réalisé par les rotations d'un cylindre de silicium de taille micrométrique, qui est lévitée par la lumière. L'équipe utilise l'horloge pour lancer le minuscule rotor avec des impulsions de lumière polarisée, le faisant tourner un million de fois par seconde. "C'est incroyable que nous puissions prendre un signal électronique, et l'utiliser pour piloter parfaitement le mouvement d'un objet physique, sans aucune perte de stabilité. Notre horloge n'a perdu qu'un millionième de seconde en quatre jours, " dit le co-auteur James Millen. D'autres dispositifs mécaniques aussi minuscules sont limités en précision par le contact avec leur environnement, mais lorsqu'il est en lévitation, le nano-rotor reste extrêmement stable pendant de très longues périodes.

La préparation de tels dispositifs nanomécaniques repose sur l'art de fabriquer des piliers de silicium vierges sur une puce, comme dans le groupe de Fernando Patolsky à l'Université de Tel Aviv. L'équipe de Vienne utilise un "marteau laser" pour assommer des tiges individuelles et les emprisonne dans des pincettes faites de lumière.

Décrire la dynamique qui s'ensuit est un défi théorique qui a été résolu par les physiciens théoriciens Benjamin Stickler et Klaus Hornberger de l'Université de Duisburg-Essen. Le mouvement de la nano-tige en rotation est chaotique, un comportement que l'on retrouve également dans les conditions météorologiques et le trafic routier. Cela peut ne pas sembler prometteur pour une application technologique, mais il est possible de trouver des îlots de calme dans le chaos, où le tic-tac des nano-aiguilles de l'horloge devient ultra-stable.

Le tic-tac d'une matière, plutôt qu'électronique, l'horloge est très sensible à son environnement. Cette très précise, la petite aiguille d'une montre peut être utilisée pour mesurer avec précision les propriétés du monde à l'échelle nanométrique, par exemple les variations de pression sur des distances inférieures au millimètre. Le cylindre en lévitation pourrait être déplacé à travers un flux de gaz pour mesurer la turbulence, ou à travers un faisceau d'atomes ou de lumière pour discerner ses propriétés. Il sera peut-être même possible un jour d'utiliser cette méthode pour tester les limites de la physique quantique :"A des taux de rotation élevés, il s'agit d'un capteur environnemental d'une précision étonnante. Aux basses fréquences, il peut ouvrir une nouvelle gamme d'expériences sur la mécanique quantique de la rotation, " dit Markus Arndt.