Une source de photons uniques détecte le mouvement d'un oscillateur

Publié par Redbran le 17/08/2017 à 00:00
Source: CEA
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© CEA
Des chercheurs ont réussi à coupler une boîte quantique semi-conductrice et un fil vibrant. La boîte quantique permet alors de détecter les vibrations mécaniques du fil avec une très grande sensibilité. Ces travaux, fruits d'une collaboration entre l'Université de Bâle (L'Université de Bâle (Suisse) fut fondée en 1460. C'est la plus ancienne de Suisse....) et l'Inac, ouvrent de nouvelles perspectives pour le développement de capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) originaux et pour des études fondamentales.

Une boîte quantique est une nanostructure semi-conductrice (de dimension typique de dix nanomètres), dont les propriétés optiques sont similaires à celles d'un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...). Cette nanostructure est habituellement exploitée pour des études d'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) quantique, en particulier pour générer des impulsions lumineuses contenant exactement un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...). Elle permet ici de sonder finement le mouvement d'un oscillateur (En physique, un oscillateur est un système manifestant une variation périodique dans le temps (ou...) mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...).

Pour ce faire, la boîte est directement intégrée à la base de l'oscillateur, un fil vertical haut de dix micromètres. Lorsque ce dernier vibre, la boîte est soumise à une déformation oscillante, qui module l'écart entre ses niveaux d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) et donc la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...) des photons qu'elle émet. En mesurant précisément ces variations en spectroscopie optique, il est possible de résoudre les vibrations thermiques de différents modes mécaniques du fil à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) cryogénique, soit des amplitudes de vibration de l'ordre de la centaine de femtomètres (10-13 m).

Ces résultats ouvrent la voie au développement de nouveaux capteurs. De plus, comme le couplage entre la boîte quantique et le fil fonctionne dans les deux sens, la boîte quantique est capable de mettre en mouvement l'oscillateur, un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) pourtant mille fois plus grand qu'elle !

Références publication:
?Resonant driving of a single photon emitter embedded in a mechanical oscillator, Nat. Comm.
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