Les physiciens de l'AMOLF ont fait en sorte que les vibrations mécaniques d'une puce se comportent comme s'il s'agissait de courants électriques circulant dans un champ magnétique. En raison de leur charge, les électrons sont influencés par les champs magnétiques, qui courbent leurs trajectoires. Les ondes sonores ou plus précisément les vibrations mécaniques se propageant ne ressentent pas de champ magnétique, car ils ne portent pas de charge. En illuminant les cordes avec une lumière laser, les chercheurs ont trouvé un moyen de faire sauter les vibrations mécaniques d'une corde à l'échelle nanométrique à une autre. Ainsi, ces vibrations se comportent comme des électrons dans un champ magnétique. Cela ouvre de nouvelles façons de manipuler les ondes sonores et les informations qu'elles peuvent transporter sur les puces. Ils publient leurs conclusions dans Nature Nanotechnologie le 3 février 2020.

Les champs magnétiques sont indispensables pour contrôler les particules chargées, par exemple dans les moteurs électriques et les accélérateurs de particules, et célèbre pour introduire de nombreux phénomènes uniques dans les matériaux. Ils influencent la trajectoire des charges :un électron se propageant le long d'un chemin dans un champ magnétique ne traversera pas le même chemin s'il est envoyé dans la direction opposée. À travers cela, les champs magnétiques débloquent un contrôle exotique des électrons à l'échelle nanométrique. "Pour de nombreuses applications, il serait utile de contrôler les vibrations ou les ondes sonores de manière similaire, briser leur symétrie de propagation habituelle, " dit Ewold Verhagen, qui dirige le groupe Forces photoniques à l'AMOLF. "Toutefois, c'est difficile, parce que les vibrations mécaniques ne portent pas de charge, ce qui les rend invisibles aux forces magnétiques. "

Couplage léger des cordes sur une nano-guitare

Verhagen et les membres de son groupe John Mathew et Javier del Pino ont contourné ce problème avec deux cordes de silicium à l'échelle nanométrique qui vibrent chacune à une fréquence différente. De telles cordes seraient normalement incapables de reprendre les vibrations les unes des autres, mais leur interaction avec la lumière laser fait l'affaire. Verhagen :« A ces très petites échelles de longueur, les photons interagissent avec la nanocorde par une force appelée pression de rayonnement, qui est proportionnel à l'intensité lumineuse. Les vibrations dans la corde peuvent légèrement modifier cette intensité lumineuse. Avec deux cordes illuminées par un laser, les vibrations dans la première chaîne influencent la pression de rayonnement exercée sur la seconde chaîne. Si la fréquence est bonne, cela fait également vibrer la deuxième corde."

Simuler un champ magnétique

Parce que les cordes utilisées ici vibrent à des fréquences différentes, le vrai truc réside dans le faisceau laser qui les éclaire. Ce n'est pas n'importe quel laser, mais un faisceau laser dont l'intensité est soigneusement modulée à une fréquence qui correspond exactement à la différence de fréquence des deux cordes. Ainsi, la fréquence de modulation ajoutée à la vibration de la première corde correspond exactement à la fréquence de la deuxième corde.

"Cela signifie qu'une vibration de la première corde peut être transférée à la deuxième corde, même s'ils ont des tons très différents. Et il le fait avec un petit retard (phase)", dit Verhagen. "De la même manière, si nous 'arrachons' la deuxième corde, ses vibrations peuvent également être transférées à la première corde. Dans ce cas, cependant, la temporisation est négative. Ainsi, le transport des vibrations est différent dans des directions opposées."

Cela signifie que la symétrie normalement trouvée dans la propagation des vibrations mécaniques (c'est-à-dire le son) a été brisée, ce qui est le même que ce qui arrive à un électron dans un champ magnétique fort. Verhagen :« En fait, nous simulons un champ magnétique pour les particules sans charge (les phonons) qui composent une onde sonore. Nous sommes les premiers à l'avoir fait dans une configuration à l'échelle nanométrique.

Son sans écho

Un « champ magnétique » pour le son offrirait à terme des possibilités infinies pour les résonateurs nanométriques. "On imagine créer toutes sortes d'ondes acoustiques exotiques dans des circuits nanométriques orchestrés par la lumière, " Verhagen dit avec enthousiasme. " Comme une voie à sens unique pour le son avec des vibrations qui ne peuvent pas faire écho. Ou encore un équivalent sonore pour les isolants topologiques, avec un matériau en vrac qui est impénétrable pour le son et les vibrations qui ne sont transférés que sur les bords. Les résonateurs nanomécaniques sont de plus en plus utilisés comme capteurs et pour traiter les signaux dans les téléphones portables. De nouvelles manières de les contrôler offrent donc des perspectives intéressantes pour l'amélioration des fonctionnalités de ces dispositifs. Mais le plus important, nos résultats sont pertinents pour une compréhension fondamentale des ondes sonores. La découverte du comportement des électrons dans un champ magnétique a conduit à plusieurs découvertes lauréates du prix Nobel, comme l'effet Hall quantique, et sous-tend les propriétés particulières du graphène et des particules de Majorana. Qui sait quel comportement fascinant du son un champ magnétique pourrait aider à révéler dans un proche avenir."