DOSSIER
OPTOMéCANIQUE
à l ’ échelle nanométrique , mais pas uniquement . On les emploie également pour imager les champs électrostatiques à la surface de nanostructures métalliques , ce qui nous renseigne sur la topographie des structures et les imperfections de surface ( patchs électrostatiques , joints de grains , contaminants …), voir la Figure 3 . Ces mesures permettent également d ’ établir des protocoles permettant d ’ annuler le champ électrostatique ressenti par le nanofil grâce à l ’ emploi d ’ électrodes externes . L ’ objectif est alors de mesurer quantitativement et de cartographier les forces résiduelles présentes dans le vide , les forces de Casimir causées par les fluctuations quantiques du champ électromagnétique , dans des géométries nouvelles .
Les expériences précédentes ont été conduites à température ambiante . Refroidir les nanofils permet d ’ abord d ’ accroitre encore leur sensibilité en force , grâce à la réduction de leur agitation thermique et des sources de dissipation mécanique , mais aussi d ’ explorer de nouvelles thématiques , en particulier dans le monde de la matière condensée où beaucoup de phénomènes ne se manifestent qu ’ à froid . Cependant , la thermalisation des nanofils est très délicate , car ils conduisent très mal la chaleur à cause de leur rapport d ’ aspect gigantesque (> 1000 ) qui évacue difficilement la chaleur déposée par le laser de lecture et à
Figure 3 . a : Mesure des champs de force électrostatique au-dessus d ’ une nanostructure métallique . En variant le potentiel on peut discriminer les effets de la topographie de l ’ échantillon des imperfections de surface . b : Les protocoles de mesure permettent en chaque position d ’ établir une mesure du gradient de force que ressent le nanofil , tracé ici sur l ’ étendue de son bruit thermique . c : Cartographie de la divergence du champ de force électrostatique mesurée à 100 nm au-dessus d ’ un trou percé dans un plan métallique d ’ or . La divergence mesurée est répulsive , le nanofil étant attiré vers les bords du trou , et on devine la contribution résiduelle des joints de grains .
la réduction dramatique des conductances thermique à très basse température . Grâce au développement de techniques de mesure opérant dans le régime de comptage de photon ainsi que d ’ objectifs interférométriques fonctionnant à très basse température et de suspensions mécaniques dédiées , on a pu s ’ affranchir suffisamment du chauffage optique et des sources de bruit parasite , pour observer dans un cryostat à dilution un nanofil thermalisé à 32mK [ 4 ]. La sensibilité en force atteinte est alors gigantesque , de quelques 10 zN ( 10 -20 N )
RÉFÉRENCES
[ 1 ] L . Mercier de Lépinay , B . Pigeau , B . Besga , P . Vincent , P . Poncharal and O . Arcizet , Nat . Nanotechnol . 12 , 156 ( 2017 ).
[ 2 ] A . Gloppe , P . Verlot , E . Dupont-Ferrier , A . Siria , P . Poncharal , G . Bachelier , P . Vincent and O . Arcizet , Nat . Nanotechnol . 9 , 920 ( 2014 ).
[ 3 ] F . Fogliano , B . Besga , A . Reigue et al ., Phys . Rev . X 11 , 021009 ( 2021 ) [ 4 ] F . Fogliano , B . Besga , A . Reigue et al ., Nat . Commun . 12 , 4124 ( 2021 ) [ 5 ] O . Arcizet , V . Jacques , A . Siria et al ., Nat . Phys . 7 , 879 ( 2011 )
en 1 s , suffisante en principe pour mesurer la force de Coulomb entre deux électrons séparés de 100 µ m , ou encore de mesurer le retournement d ’ un spin électronique unique dans un gradient de champ magnétique de 1000 T / m [ 5 ].
Ainsi , l ’ utilisation de nano-résonateurs mécaniques ultrasensibles devrait permettre d ’ apporter un regard nouveau dans l ’ étude des interactions fondamentales , en particulier grâce à la détection des forces qu ’ elles génèrent , à l ’ échelle du photon ou du spin uniques , ou des fluctuations quantiques du vide .
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