Nouveaux oscillateurs nanomécaniques avec des pertes record


Nouveaux oscillateurs nanomécaniques avec des pertes record

Micrographie électronique à balayage d’un résonateur polygonal. L’encart montre la forme du mode de circonférence. Crédit photo : Mohammad J. Bereyhi (EPFL)

Les modes vibrationnels des résonateurs nanomécaniques sont analogues aux différents tons d’une corde de guitare et ont des propriétés similaires telles que la fréquence (hauteur) et la de . La durée de vie est caractérisée par le facteur de qualité, qui représente le nombre d’oscillations du résonateur jusqu’à ce que son énergie soit réduite de 70 %. Le facteur de qualité est essentiel pour les applications de résonateurs mécaniques modernes car il détermine le niveau de bruit thermique, qui est une limite pour détecter les forces faibles et observer les effets quantiques.

Aujourd’hui, des scientifiques de l’EPFL, dirigés par le professeur Tobias J. Kippenberg, montrent qu’un polygone régulier suspendu à ses angles supporte des modes vibrationnels circonférentiels avec des facteurs de qualité extrêmement élevés. Ceci est une conséquence de la symétrie géométrique des polygones réguliers combinée aux propriétés élastiques des structures sous tension. Cette approche de l’ingénierie des présente un avantage important par rapport aux techniques précédentes : la réalisation de facteurs de grande valeur dans des dispositifs avec un encombrement beaucoup plus réduit.

« Les nouveaux modes périmétriques battent non seulement le record du facteur de qualité le plus élevé, mais sont presque 20 fois plus compacts que les appareils aux performances similaires », déclare Nils Engelsen, responsable de l’étude. « La compacité présente de réels avantages pratiques. Dans notre laboratoire, nous essayons de mesurer et de contrôler les vibrations mécaniques au niveau quantique avec la lumière, ce qui nécessite la suspension de résonateurs mécaniques à moins d’un micron d’une structure guidant la lumière. Cet exploit est beaucoup plus facile avec des appareils compacts.

La conception simple des résonateurs polygonaux permet aux auteurs d’aller plus loin et de créer une chaîne de résonateurs polygonaux connectés. Cette chaîne d’ couplés peut se comporter différemment d’un résonateur unique. Les auteurs étudient la dynamique particulière de cette chaîne, résultant de la façon dont les résonateurs sont connectés.

La mesure de force de précision est une application importante des résonateurs nanomécaniques. En mesurant les fluctuations de position d’un résonateur polygonal avec un interféromètre optique, les auteurs montrent que ces résonateurs peuvent mesurer des fluctuations de force aussi petites que 1 attonewton. Ce niveau de sensibilité se rapproche de celui des microscopes à force atomique modernes.

« Nous espérons que la sensibilité démontrée à la force des polygones, combinée à leur compacité et leur simplicité, inspirera leur utilisation dans les microscopes à force réelle », déclare Mohammad Bereyhi, qui a dirigé l’étude publiée dans Contrôle X.

« Jusqu’à présent, les améliorations des facteurs de qualité mécanique se sont faites au détriment d’une plus grande taille et d’une complexité de conception accrue, ce qui rend très difficile la fabrication d’appareils de pointe. Avec les modes périmétriques, c’est une autre histoire. Je crois que la simplicité de ce nouveau design élargit considérablement son potentiel pour trouver de nouvelles applications prometteuses. »


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Plus d’information:
Mohammad J. Bereyhi et al, Perimeter Modes of Nanomechanical Resonators présentent des facteurs de qualité supérieurs à 109 à température ambiante, Contrôle physique X (2022). DOI : 10.1103/PhysRevX.12.021036

Fourni par l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

Citation: New Nanomechanical Oscillators Record Low Loss (12 mai 2022) Extrait le 12 mai 2022 de https://phys.org/news/2022-05-nanomechanical-oscillators-record-low-loss.html

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