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23 Mai, 2024

Les nanocordes révolutionnaires vibrent plus longtemps que n’importe quel matériau à l’état solide

Les nanocordes révolutionnaires vibrent plus longtemps que n’importe quel matériau à l’état solide

Vue d’artiste des nouvelles nanocordes qui, lorsqu’elles sont suspendues au-dessus d’une puce électronique, sont « l’équivalent de la fabrication de cordes de guitare en verre suspendues sur un demi-kilomètre sans presque aucun affaissement », selon la TU Delft

« Imaginez une balançoire qui, une fois poussée, continue de se balancer pendant près de 100 ans car elle ne perd presque aucune énergie à travers les cordes. » C’est ce que dit un chercheur de l’Université de technologie de Delft qui a aidé son équipe à accomplir un exploit parallèle à l’échelle nanométrique.

En créant leurs nanocordes super-vibratoires, Richard Norte et ses collègues de la TU Delft – ainsi que des scientifiques de l’Université Brown – ont étiré un brin de nitrure de silicium extrêmement résistant (Si3N4) sur une longueur de 3 cm (1,2 po) tout en le maintenant à une hauteur de 3 cm. épaisseur de seulement 70 nanomètres. Cela équivaut à « produire de manière fiable des structures céramiques d’un millimètre d’épaisseur, suspendues sur près d’un demi-kilomètre », écrivent les chercheurs dans un article publié dans Nature Communications.

« Notre processus de fabrication va dans une direction différente par rapport à ce qui est possible aujourd’hui dans la nanotechnologie », déclare Andrea Cupertino, co-auteur de l’étude, également de la TU Delft.

« Ces types de structures extrêmes ne sont réalisables qu’à l’échelle nanométrique, où les effets de la gravité et du poids entrent différemment », ajoute-t-elle. « Cela permet de réaliser des structures qui seraient irréalisables à notre échelle quotidienne, mais qui sont particulièrement utiles dans les dispositifs miniatures utilisés pour mesurer des grandeurs physiques telles que la pression, la température, l’accélération et les champs magnétiques, que nous appelons détection MEMS. »

Une fois les nanocordes fabriquées, elles ont été fixées au-dessus d’une micropuce. Il a ensuite été démontré que les cordes étaient capables de vibrer 100 000 fois par seconde sans perdre beaucoup de leur élan à température ambiante. Un tel exploit n’avait auparavant été démontré que par des matériaux proches du zéro absolu.

« Les nanocordes nouvellement développées présentent les facteurs de qualité mécanique les plus élevés jamais enregistrés pour tout objet de serrage dans des environnements à température ambiante ; dans leur cas, ils sont serrés sur une micropuce », indique le rapport de la TU Delft.

Norte ajoute que l’incroyable capacité vibratoire des nanocordes est due à leur structure et à leur composition, ce qui rend difficile la fuite d’énergie et également l’entrée du bruit ambiant.

« Cette innovation est essentielle pour étudier les phénomènes quantiques macroscopiques à température ambiante – des environnements où ces phénomènes étaient auparavant masqués par le bruit », explique-t-il. « Alors que les lois étranges de la mécanique quantique ne sont généralement visibles que dans des atomes uniques, la capacité des nanocordes à s’isoler de notre bruit vibratoire quotidien basé sur la chaleur leur permet d’ouvrir une fenêtre sur leurs propres signatures quantiques : des cordes constituées de milliards d’atomes. Dans les environnements quotidiens, ce type de capacité aurait des utilisations intéressantes pour la détection quantique. »

Les chercheurs affirment que leur découverte pourrait conduire à des microphones de nouvelle génération et à d’autres dispositifs acoustiques à l’échelle nanométrique, ou pourrait être utilisée pour créer des accéléromètres avancés pour la navigation. Les résonateurs mécaniques à rapport d’aspect élevé, comme on appelle les nanofils, sont également régulièrement utilisés dans les équipements de détection de précision tels que les détecteurs d’ondes macroscopiques.

Dans leur article, les scientifiques affirment également que des nanocordes possédant les mêmes qualités que celles qu’ils ont créées pourraient aider les chercheurs de matière noire, les études de l’entropie et du temps, ainsi que la compréhension du phénomène quantique connu sous le nom d’effet Casimir.

https://www.tudelft.nl/en/2024/me/news/strings-that-can-vibrate-forever-kind-of