Tendre une corde, par ex. lors de l'accordage d'une guitare, la fait vibrer plus vite. Mais lorsque les cordes sont de taille nanométrique, une tension accrue réduit également, ou «dilue», la perte des modes vibratoires de la corde.

Cet effet, connu sous le nom de "dilution de dissipation", a été exploité pour développer des dispositifs mécaniques pour les technologies quantiques, où des nanocordes tendues d'ingénierie d'une épaisseur de quelques dizaines de couches atomiques oscillent plus de dix milliards de fois après avoir été pincées une seule fois. L'équivalent sur une guitare serait un accord entendu pendant environ un an après avoir été pincé.

Des chercheurs de l'EPFL, dirigés par le professeur Tobias J. Kippenberg, viennent de faire une observation simple sur les oscillateurs à cristal, qui sont omniprésents dans les appareils électroniques et sont connus pour posséder une perte d'énergie mécanique extrêmement faible à basse température. Les chercheurs ont prouvé que, si un matériau cristallin d'une épaisseur nanométrique est étiré avec une tension élevée et conserve son ordre atomique, il serait un bon candidat pour fabriquer des cordes avec des vibrations acoustiques de longue durée. L'étude est publiée dans Nature Physics .

"Nous avons choisi des films de silicium contraint car il s'agit d'une technologie établie dans l'industrie électronique, où ils sont utilisés pour améliorer les performances des transistors", explique le Dr Nils Engelsen, l'un des auteurs de l'article. "Les films de silicium contraints sont donc disponibles dans le commerce dans des épaisseurs extrêmement faibles d'environ 10 nanomètres."

Un défi majeur est que les nanocordes doivent avoir des rapports d'aspect extrêmes. Dans cet article, les dispositifs nanomécaniques mesurent 12 nanomètres d'épaisseur et jusqu'à 6 millimètres de long. Si une telle nanocorde était construite debout, avec un diamètre de fondation égal à celui de la tour Burj Khalifa, sa pointe dépasserait l'orbite terrestre moyenne, où les satellites GPS font le tour de la Terre.

"Ces structures deviennent fragiles et sensibles à de minuscules perturbations au cours des dernières étapes de leur microfabrication", explique Alberto Beccari, Ph.D. étudiant dans le laboratoire de Kippenberg et premier auteur de l'article. "Nous avons dû complètement réorganiser notre protocole de fabrication pour pouvoir les suspendre sans effondrement catastrophique."

Les nanocordes de silicium contraint sont particulièrement intéressantes pour les expériences de mécanique quantique, où leur faible taux de dissipation offre une excellente isolation des perturbations environnementales, permettant la création d'états quantiques de haute pureté.

"Une quête de longue date en physique fondamentale consiste à étudier et à étendre les échelles de taille et de masse des objets qui présentent un comportement de mécanique quantique, avant que les "coups de pied" aléatoires et les fluctuations de plus en plus nombreux de l'environnement chaud et bruyant ne les obligent à se comporter selon aux lois de la mécanique de Newton », explique Beccari. "Des effets de mécanique quantique ont déjà été observés avec des résonateurs mécaniques de même taille et masse, à des températures proches du zéro absolu.

"De plus, ces nanocordes pourraient être utilisées comme capteurs de force de précision, étant soumises à toutes sortes d'interactions, par exemple à la minuscule pression de rayonnement des faisceaux lumineux, aux interactions faibles avec les particules de matière noire et aux champs magnétiques produits par les particules subatomiques. " + Explorer plus loin

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