En collaboration avec des physiciens de l'Institut Néel (Grenoble) et du laboratoire Lumin (Orsay), des chercheurs de l'Irig ont conçu un dispositif intégré associant mécanique et photonique quantique.

De quoi s'agit-il ? Un microfil conique d'arséniure de gallium (GaAs) contient à sa base une boîte quantique (ou Quantum Dot) en arséniure d'indium (InAs). Celle-ci est une nanostructure semiconductrice qui se comporte à basse température comme un atome artificiel. L'énergie de bande interdite d'un semiconducteur étant très sensible à la déformation de son réseau cristallin, les vibrations du microfil modulent la longueur d'onde d'émission de la boîte quantique. Ce couplage permet, entre autres, de détecter optiquement le mouvement du microfil, en mesurant le spectre de photoluminescence de la boîte quantique.

Augmenter la fréquence de vibration

Le mode de vibration fondamental du microfil résonne à basse fréquence, en dessous du mégahertz. En raison du fort bruit thermique, il se comporte comme un oscillateur classique. Pour atteindre le régime quantique, il est nécessaire d'atténuer l'impact de ce bruit en augmentant très fortement la fréquence de vibration.

Grâce à un système d'électrodes sur puce, les chercheurs de l'Irig sont parvenus à exciter les résonances d'ordre supérieur du microfil. Ils montrent que ceci permet à la fois d'augmenter la fréquence de vibration de manière spectaculaire et d'obtenir un couplage optomécanique record. En particulier, ils identifient un mode de flexion à faible perte, résonnant à 190 MHz.

Cette étude ouvre la voie à la réalisation d'interfaces optomécaniques cohérentes, qui font l'objet d'un projet soutenu par l'ANR à partir de 2025.