Les résonateurs mécaniques ont été utilisés avec grand succès comme nouvelles ressources en technologie quantique. Les résonateurs mécaniques à nanotubes de carbone se sont révélés être d'excellents dispositifs ultra-sensibles pour l'étude de nouveaux phénomènes physiques à l'échelle nanométrique (par exemple, la physique du spin, transport quantique d'électrons, science des surfaces, et interaction lumière-matière).

Les résonateurs mécaniques sont souvent utilisés pour observer et manipuler les états quantiques du mouvement de systèmes relativement grands. Cependant, l'inconvénient réside dans la force de bruit thermique, lequel, s'il n'est pas contrôlé correctement, finit par diluer toute possibilité d'observer les effets quantiques. Ainsi, les scientifiques ont cherché des méthodes efficaces pour refroidir ces systèmes au régime quantique et être capables d'observer les effets quantiques à la demande. L'une de ces approches a consisté à utiliser le transport d'électrons le long du résonateur pour refroidir le système.

De nombreux schémas théoriques ont été proposés pour refroidir ces résonateurs mécaniques en utilisant différents régimes de transport d'électrons, mais les difficultés expérimentales l'ont rendu extrêmement difficile en termes de fabrication et de mesure de dispositifs. Malgré de nombreux efforts, une seule réalisation expérimentale de refroidissement a été signalée il y a plus de dix ans, dans lequel les chercheurs ont pu refroidir le système à une population de 200 quanta, qui est loin du régime quantique.

Maintenant, dans une nouvelle étude publiée dans Physique de la nature , Les chercheurs de l'ICFO Carles Urgell, Wei Yang, Sergio Lucio de Bonis, et Chandan Samanta, dirigé par ICFO Prof. Adrian Bachtold, en collaboration avec des chercheurs de l'ICN2 à Barcelone et du CNRS en France, ont pu démontrer une expérience dans laquelle ils refroidissent un résonateur nanomécanique à 4,6 +- 2,0 quanta de vibration.

Dans leur étude, l'équipe a fabriqué le résonateur en faisant croître un nanotube de carbone entre deux électrodes, où dans la dernière étape du processus de fabrication, ils ont utilisé une méthode de dépôt chimique en phase vapeur pour minimiser tout contaminant résiduel possible sur l'appareil. Ensuite, ils ont inséré le système dans un réfrigérateur à dilution et l'ont refroidi à 70 mK. La nouveauté de leur technique résidait dans l'application d'un courant constant d'électrons à travers le résonateur. Lorsqu'un courant constant a été appliqué au résonateur, la force électrostatique des électrons impacte la dynamique des vibrations. Ces vibrations modifiées réagissent en retour sur les électrons, faire une boucle fermée avec un retard fini. Cette contre-action des électrons sur les vibrations peut être utilisée pour amplifier ou réduire les fluctuations thermiques des vibrations. Dans le dernier cas, ils l'ont utilisé pour refroidir le système afin de réduire les fluctuations de déplacement thermique, leur permettant de s'approcher de la limite de régime quantique mentionnée précédemment, avec un nombre de population jamais vu auparavant par rapport aux travaux antérieurs.

Les résultats de l'étude ont confirmé que cette méthode est un moyen excellent et très simple pour refroidir les résonateurs nanomécaniques, ce qui pourrait être de la plus haute importance pour les scientifiques travaillant dans la nanomécanique et le transport quantique des électrons, car il deviendra une ressource puissante pour la manipulation quantique des résonateurs mécaniques.