DOSSIER
OPTOMéCANIQUE
sensibilité au mouvement égale à celle obtenue à l ’ air , et qui suffit à résoudre le mouvement Brownien de l ’ objet , d ’ une centaine de femtomètres seulement [ 2 ]. La Figure 3b montre le spectre du mouvement mécanique d ’ un disque oscillant au gigahertz , mesuré dans l ’ air puis en immersion dans un liquide . Avec l ’ immersion , on observe un déplacement vers les basses fréquences et un élargissement important de la résonance de vibration . Ces effets dispersif et dissipatif révèlent l ’ interaction entre le corps vibrant et le liquide . Autrement dit , le capteur répond aux forces exercées par le liquide sur ses parois externes . La modélisation de ces forces et de leur effet sur le mouvement est une tâche ardue , qui combine des problèmes d ’ hydrodynamique et d ’ élasticité . Des travaux théoriques récents ont traité ce problème pour la géométrie simple d ’ un disque , obtenant l ’ accord entre expériences et théorie présenté en Figure 3c . On y voit que les effets de compressibilité de l ’ eau sont essentiels à ces fréquences mécaniques élevées , un résultat non-conventionnel pour les interactions fluide-structure . Grâce à cette modélisation des expériences , on peut renverser le problème et utiliser les mesures pour effectuer une micro-rhéologie mécanique du fluide : mesurer sa viscosité , sa
Figure 3 . Optomécanique au cœur d ’ un liquide . a ) Disque optomécanique miniature immergé dans l ’ eau . b ) Spectre mécanique du mouvement Brownien du disque , mesuré par détection optomécanique dans l ’ air et en liquide . γ est le taux de dissipation mécanique , et Δf le déplacement fréquentiel dû à l ’ immersion . c ) Taux de dissipation mécanique dans l ’ eau , pour différentes fréquences du mouvement . Comparaison aux différents modèles d ’ interaction fluide-structure . Le modèle du liquide incompressible n ’ est plus suffisant à ces fréquences . densité , son élasticité . La mesure est locale , dans un volume de quelques microns cube , et peut être obtenue en moins d ’ une milliseconde grâce à l ’ efficacité de détection . Cette mesure optomécanique au gigahertz permet de sonder la dynamique rapide du liquide . Nous avons récemment utilisé ce principe pour révéler le comportement non-Newtonien d ’ un alcool courant aux temps courts [ 3 ].
BALANCE OPTOMÉCANIQUE POUR UN NANO-OBJET La troisième approche que nous désirons présenter est celle de la balance optomécanique . Dans ce cas , un objet est déposé sur le résonateur optomécanique et affecte sa réponse optique comme mécanique . L ’ opérateur mesure le déplacement des fréquences optiques et mécaniques de résonance , et en déduit des propriétés optiques et / ou mécaniques du nano-objet . Du point de vue mécanique , le capteur ressemble alors à une balance à quartz , mais ses dimensions miniatures le rendent sensible à une bien plus petite quantité de matière , par exemple un nano-objet unique . Cette balance n ’ est pas que mécanique , et la mesure optique concomitante donne accès à des informations complémentaires ( par exemple le volume du nano-objet , qui peut compléter l ’ information sur sa masse ). L ’ utilisation de cette mesure duale , mécanique et optique , a été récemment utilisée pour élucider le mode d ’ évaporation d ’ une nano-goutte de quelques dizaines d ’ attolitres , en bénéficiant de la résolution temporelle autorisée par l ’ optomécanique ( Figure 4a , [ 4 ]). La technique de la balance optomécanique a également été utilisée pour mesurer la masse et l ’ élasticité de nanoparticules individuelles solides , telles que celles visibles en Figure 4b . L ’ application en vue est ici la mesure optomécanique d ’ un virus unique , dont la masse et l ’ élasticité permettent de former une carte d ’ identité simplifiée . Dans ces exemples , il faut souvent connaître la position d ’ atterrissage du nano-objet
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