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Des résonateurs optomécaniques à haute fréquence

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Dans un système optomécanique, la lumière piégée dans une cavité interagit avec un oscillateur mécanique. Quand cette interaction est intense, on peut utiliser la lumière pour agir mécaniquement sur l’oscillateur : modifier sa fréquence, sa dynamique, et même «refroidir» son mouvement, afin de rendre observable son comportement quantique, attendu à basse température. Le régime quantique est d’autant plus accessible que l’oscillateur mécanique possède une haute fréquence propre.

Dans un travail récent, l’équipe DON du laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques, en collaboration avec le Laboratoire Photonique et Nanostructures, montre le potentiel de la photonique sur semiconducteurs pour les études en optomécanique. Utilisant le matériau roi de l’optoélectronique, l’Arséniure de Gallium (GaAs), les chercheurs ont développé des oscillateurs mécaniques GaAs en forme de disques miniatures, aux fréquences de vibration atteignant le GHz ! Dans ces disques, la lumière est piégée dans un mode optique de galerie de volume inférieur au micron cube, où elle interagit longuement avec l’oscillateur. Les taux de couplage optomécanique observés sont alors extrêmes, de plusieurs centaines de GHz/nm. La sensibilité optique au mouvement mécanique atteint 10^-17m/ \sqrtHz, une valeur record pour un oscillateur mécanique de si haute fréquence et petite taille, permettant de mesurer directement son mouvement Brownien avec une très haute résolution.

Ces travaux sur GaAs ouvrent des perspectives à l’interface entre nanophotonique, optomécanique et opto-électronique. Une des possibilités qui retient l’attention des chercheurs est la possibilité maintenant ouverte de coupler un émetteur de photons non classiques (une boite quantique semiconductrice) à un résonateur optomécanique quantique.

Figure:

Un résonateur disque optomécanique GaAs haute fréquence. Le disque GaAs, posé sur un piédestal en AlGaAs, oscille sur un mode de respiration. La lumière est piégée dans sa périphérie circulaire.

Contact :

Ivan Favero.

ivan.favero@univ-paris-diderot.fr

Référence:

High frequency GaAs nano-optomechanical disk resonator.
L. Ding, C. Baker, P. Senellart, A. Lemaitre, S. Ducci, G. Leo, and I. Favero , Physical Review Letters 105, 263903 (2010)