Des chercheurs du laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques ont démontré que les résonateurs nanomécaniques cristallins sont touchés par des mécanismes de fluctuation localisés en surface et qui se retrouvent dans de nombreux domaines de la matière condensée.

Les résonateurs nanomécaniques à haut facteur de qualité occupent une place centrale dans le développement de l’optomécanique quantique et des capteurs nanomécaniques. Malgré ce rôle dans la physique moderne, la compréhension exacte de leurs mécanismes de dissipation fait toujours l’objet de débats et de spéculations. L’article « Microscopic nanomechanical dissipation in gallium arsenide resonators » est une étude détaillée, expérimentale et théorique, qui apporte des éléments de réponse aux questions ouvertes de ce domaine.

Cette étude est effectuée sur des nano-résonateurs cristallins à l’état de l’art, généralement perçus comme les meilleurs candidats pour les applications. Grâce au contrôle de la nanofabrication et à la modélisation des interactions phonon-phonon, le travail distingue les différents canaux de pertes affectant ces nano-systèmes, et pointe l’importance de la dissipation de surface. Il est notamment montré que la dissipation provient de systèmes à deux niveaux (two-level systems, TLS) fluctuants, principalement localisés en surface des résonateurs, et qui apparaissent être la source dominante de bruit.

Ainsi les dispositifs nanomécaniques cristallins, tout comme les qu-bits et résonateurs supraconducteurs, sont donc gouvernés par des mécanismes de fluctuations propres à la matière condensée. Ceux-ci s’estompent à basse température et lorsque l’état des surfaces est amélioré.

 
Figure :
Un résonateur nanomécanique. Les systèmes à deux niveaux (TLS) situés en surface dissipent l’énergie mécanique de vibration.

Contact :
ivan.favero@univ-paris-diderot.fr

Référence :
Microscopic nanomechanical dissipation in gallium arsenide resonators, M. Hamoumi, P. E. Allain, W. Hease, E. Gil-Santos, L. Morgenroth, B. Gérard, A. Lemaître, G. Leo, and I. Favero, Phys. Rev. Lett. 120, 223601 (2018)

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