Ring my string : construire des nanocordes de silicium


Ring my string : construire des nanocordes de silicium

Représentation d’ des modèles vibratoires de cordes de silicium cristallin à l’échelle nanométrique. Crédit photo : Daniele Francaviglia

Serrer une corde, par exemple pour accorder une guitare, la fait vibrer plus vite. Mais lorsque les cordes sont de taille nanométrique, une tension accrue réduit ou « dilue » également la perte des modes vibrationnels de la corde.

Cet effet, connu sous le nom de « dilution de dissipation », a été utilisé pour concevoir des dispositifs mécaniques pour la quantique, dans lesquels des tendues et conçues de quelques dizaines de couches atomiques d’épaisseur vibrent plus de dix milliards de fois après avoir été pincées une seule fois. L’équivalent sur une guitare serait un accord entendu 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 présenter une perte d’énergie mécanique extrêmement faible à basse température. Les chercheurs ont prouvé qu’un matériau cristallin d’une épaisseur nanométrique, lorsqu’il est étiré sous de fortes contraintes et en maintenant son ordre atomique, serait un bon candidat pour produire des cordes avec des vibrations acoustiques de longue durée. L’étude a été publiée dans naturelle.

« Nous avons choisi des feuilles de silicium contraint car il s’agit d’une technologie établie dans l’industrie électronique, où elle est utilisée pour améliorer les performances des transistors », explique le Dr. Nils Engelsen, l’un des auteurs de la publication. « Les feuilles de silicium étirées sont donc disponibles dans le commerce dans des épaisseurs extrêmement petites 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 à la verticale, avec un diamètre de fondation égal à celui de la tour Burj Khalifa, son sommet dépasserait l’orbite terrestre moyenne dans laquelle les satellites GPS orbitent autour de la Terre.

« Ces structures deviennent fragiles et sensibles aux perturbations infimes au cours des dernières étapes de leur microfabrication », explique Alberto Beccari, Ph.D. Étudiant au laboratoire de Kippenberg et premier auteur de l’ouvrage. « Nous avons dû revoir complètement notre protocole de fabrication pour pouvoir les déployer sans effondrement catastrophique. »

Les nanocordes de silicium tendues présentent un intérêt particulier pour les expériences de mécanique quantique, où leur faible taux de perte offre une excellente isolation des influences environnementales et permet la génération 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 des objets présentant un comportement mécanique quantique avant que les » coups de pied « aléatoires de plus en plus nombreux et les fluctuations de l’environnement chaud et bruyant ne les obligent à évoluer conformément aux lois. de la mécanique de Newton », explique Beccari. « Des effets mécaniques quantiques ont déjà été observés dans des résonateurs mécaniques de même taille et de même masse à des températures proches du zéro absolu.

« De plus, ces nanocordes pourraient être utilisées comme capteurs de force de précision car elles sont soumises à toutes sortes d’interactions – par exemple, les minuscules pressions de rayonnement des faisceaux lumineux, les faibles interactions avec les particules de matière noire et les champs magnétiques générés par les particules subatomiques. »  »


Une chaîne pour les gouverner tous


Plus d’information:
Alberto Beccari, Résonateurs nanomécaniques cristallins contraints avec des facteurs de qualité supérieurs à 10 milliards, physique naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41567-021-01498-4. www.nature.com/articles/s41567-021-01498-4

Fourni par l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

citation: Ring my string: Building silicon nano-strings (2022, 28 février), récupéré le 28 février 2022 sur https://phys.org/news/2022-02-silicon-nano-strings.html

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