Les physiciens d'AMOLF ont réussi à refroidir un swing, chaîne de taille nanométrique à une température proche de zéro sans utiliser de réfrigération externe. Dans leur expérience, le refroidissement est le résultat intrinsèque d'une mesure de position « instantanée » qu'ils ont effectuée sur une nanostructure spécialement conçue. La méthode de l'instantané, développé dans le groupe Forces Photoniques de l'AMOLF, offre des opportunités pour de nouvelles applications en détection quantique avec une sensibilité sans précédent. Les chercheurs décrivent leurs découvertes dans un article publié le 9 septembre dans Lettres d'examen physique .

Une balançoire sur le terrain de jeu ne bougera pas tant que quelqu'un ne la poussera pas, mais une balançoire de taille nanométrique (ou un résonateur nanomécanique) se déplace toujours en raison de vibrations thermiques aléatoires. "La méthode conventionnelle pour mesurer avec précision la position d'un nanoswing a un pouvoir prédictif limité, parce que les données sont moyennées dans le temps, " explique le chef de groupe Ewold Verhagen. " Avant la fin de la mesure, l'influence de la température a déjà changé la position avec une quantité aléatoire."

Ainsi, d'acquérir une connaissance précise de la position de la balançoire à tout moment, le mouvement thermique doit être éliminé. "Pour vraiment savoir où est l'objet, vous avez besoin d'une température (presque) nulle, " dit Verhagen. " Dans des expériences avec des mesures de position moyenne dans le temps, ceci est généralement réalisé en réfrigérant physiquement l'expérience à presque zéro Kelvin."

Mesure =refroidissement

Le groupe Forces photoniques d'AMOLF a développé une approche différente en utilisant la lumière laser pour prendre des mesures précises et presque instantanées (instantanés) de la position de la structure nanométrique :une petite tige double en silicium qui vibre comme une corde. « La conception de notre nanoswing lui permet d'interagir fortement avec la lumière laser que nous utilisons pour mesurer sa position. Le fait que nous prenions un instantané au lieu d'une mesure moyenne dans le temps, est crucial, " dit Verhagen. " Depuis 1978, des scientifiques russes et autrichiens ont proposé d'utiliser des mesures, dont la durée est beaucoup plus courte que la période oscillante, et le temps qu'il faut au nanoswing pour interagir avec son environnement thermique. Nous avons maintenant démontré que les instantanés nous permettent de prédire avec précision la position du nanoswing, même sans réfrigération externe. La mesure elle-même annule l'incertitude thermique, et refroidit ainsi le nanoswing autant qu'une méthode de refroidissement externe le ferait."

Fluctuations quantiques

Bien qu'ils ne soient pas le premier groupe à démontrer le principe de l'instantané, Verhagen et son équipe ont atteint une précision de mesure sans précédent qui élimine non seulement les vibrations thermiques, mais se situe également dans la gamme des fluctuations quantiques encore plus petites des nanoswings.

Verhagen dit, "De telles fluctuations quantiques persistent même à la température du zéro absolu. Ainsi, ils fixent normalement une limite à la sensibilité des mesures mécaniques. Mais théoriquement, les mesures instantanées rapides ne sont pas soumises à la limitation des fluctuations quantiques. Par conséquent, nos découvertes pourraient bien conduire à de nouvelles applications dans les capteurs quantiques. Idéalement, nous aimerions développer des méthodes de détection avec moins de bruit que les meilleures méthodes de détection (moyennes dans le temps) dans un environnement de zéro Kelvin. "