Des chercheurs de l'Université des sciences et de la technologie de Chine ont obtenu un fort couplage indirect entre des modes de phonons distants en introduisant un troisième résonateur comme mode de cavité de phonons. Faire varier la fréquence de résonance du mode cavité phononique, la force de couplage entre les modes de phonons distants peut être réglée en continu. Les chercheurs ont publié un article intitulé « Couplage indirect fort entre les résonateurs mécaniques à base de graphène via une cavité à phonons » dans Communication Nature .

Avec les avantages de la petite taille, facteurs de stabilité et de haute qualité, les résonateurs nanomécaniques sont considérés comme un candidat prometteur pour le stockage, manipuler et transférer des informations. Les informations classiques et quantiques peuvent être codées sur les états de phonons des résonateurs mécaniques. Les états Phonon peuvent également transférer de telles informations.

Le principal problème de l'utilisation de résonateurs nanomécaniques comme supports d'information est d'obtenir une interaction de phonons accordable à longue distance. L'approche la plus courante consiste à utiliser des cavités optiques ou des résonateurs micro-ondes supraconducteurs comme médiateurs. Cependant, la différence entre les fréquences de résonance des résonateurs mécaniques et des cavités optiques ou des résonateurs micro-ondes est trop grande. Aussi, il est difficile d'induire un régime de couplage fort car les forces de couplage entre eux sont relativement faibles.

En se concentrant sur ce problème, les chercheurs ont proposé d'utiliser un résonateur mécanique pour agir comme une cavité de phonons pour remplacer la cavité optique ou le résonateur micro-ondes. Les fréquences de résonance des cavités de phonons et des résonateurs mécaniques sont dans la même gamme. Ainsi, ces modes peuvent être couplés efficacement. Précédemment, le groupe a réalisé un couplage fort entre des résonateurs mécaniques voisins et une manipulation cohérente des modes de phonons. Sur la base de ce travail, les scientifiques ont conçu et fabriqué une chaîne linéaire de trois résonateurs nanomécaniques à base de graphène, comme le montre la figure 1.

Dans cet appareil, la fréquence de résonance de chaque résonateur peut être accordée dans une large gamme via des grilles métalliques inférieures locales, permettant aux chercheurs de moduler le couplage entre résonateurs dans différentes gammes de fréquences. Ils ont observé le dédoublement de mode de chaque résonateur voisin, qui sont fortement couplés. Les résultats constituent la base du couplage entre le premier et le troisième résonateur. Lorsque la fréquence de résonance du résonateur central est proche de celle des résonateurs latéraux, un dédoublement de mode élevé peut être observé. Ils ont découvert que la division peut être réglée via la fréquence de résonance du résonateur central.

Ce phénomène est similaire au processus Raman en optique. Le résonateur central peut être considéré comme un état médiateur, les modes de phonons des résonateurs latéraux peuvent réaliser un couplage efficace via l'échange de phonons virtuels avec l'état médiateur (Fig. 1). En utilisant le modèle théorique du processus optique Raman, ils ont trouvé la relation entre la force de couplage effective et le désaccord. Les données expérimentales concordent bien avec les résultats théoriques.

L'étude met en lumière les études des résonateurs nanomécaniques. Avec le développement des études sur le refroidissement des états de phonons, ce travail jette les bases du stockage et du transfert d'informations quantiques via les modes phonons.